مطالعه عددی اشتعال و انتشار شعله در ماتریس قطرات سوخت
چکیده
در پروژه حاضر به مطالعه عددی اشتعال در هوای داغ و انتشار شعله ماتریس قطرات سوخت پرداخته شده است. بدین منظور یک کد محاسباتی دوبعدی بر پایه الگوریتم mac و روش گسسته سازی تفاضل محدود تهیه شده؛ همچنین برای مدلسازی فرایند احتراق از مدل نرخ محدود استفاده شده است. در بخش اول این پایان نامه مطالعه عددی پخش شعله در ماتریس قطرات سوخت هپتان نرمال در شرایط بی وزنی در دمای مختلف محیط 300، 500 و 650 کلوین و برای s/d0 از 3 تا 8 که s فاصله بین قطرات و d0 قطر اولیه آنها می باشد انجام شده است. مدهای پخش شعله با تغییر s/d0 و دما تغییر می کند. استفاده از مدل واکنش بهتر و در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعی به نتایج حاصل را به نتایج تجربی نزدیکتر می کند. با افزایش درجه حرارت محیط و به دلیل افزایش انتقال حرارت محیط به قطره، دمای سطح قطره بالا تر رفته و لایه گاز قابل اشتعال توسعه می یابد در نتیجه نرخ انتشار شعله در دمای بالاتر محیط افزایش می یابد. می توان گفت که دمای محیط نقش کلیدی هم در مد پخش شعله و هم در نرخ پخش شعله دارد. . مقایسه ای که بین نتایج عددی و نتایج تجربی انجام گرفته است نشان می دهد که تشابه کیفی بین این دو بر قرار است. در بخش دوم اشتعال ماتریس قطرات سوخت در هوای داغ و تاثیر فراریت سوختهای مختلف بر این اشتعال مطالعه شده است. در مطالعات تجربی قبلی نشان شده است که رفتارهای مختلفی به ازای فراریت سوخت در اشتعال ماتریس قطرات سوخت در هوای داغ وجود دارد و هدف از این کار روشن ساختن این رفتارها به وسیله حل عددی می باشد. بدین منظور حل عددی ماتریس قطرات سوخت با قطر 1 میلیمتر و فاصله های مختلف از 5 تا 15 میلیمتر برای سوخت پنتان نرمال و هگزادکان نرمال در دمای 950 کلوین و برای سوخت هپتان نرمال در دمای 925 کلوین مطابق مطالعات تجربی انجام گرفت. نتایج نشان می دهد که زمان اشتعال با کم کردن فاصله قطرات در ماتریس برای سوختهای فرار کوتاه تر از قطره جدا وبا کاهش بیشتر فاصله زمان اشتعال افزایش می یابد. برای سوختهایی با فراریت کم مانند هگزادکان زمان اشتعال کلا با افزایش فاصله قطرات کاهش می یابد. روند نتایج حاصله با کارهای تجربی تطابق کیفی دارد و با بهبود مدل مانند اضافه نمودن تشعشع و استفاده از سینتیک شیمیایی کاملتر به نتایج تجربی نزدیکتر می شویم.در حالتیکه زمان اشتعال ماتریس قطرات از زمان اشتعال قطره جدا کمتر باشد یعنی برای سوختهای فرار کانتورهای دما نشان می دهد که مکان اشتعال در ماتریس در بالای قطرات و به صورت بهم پیوسته مانند سیلندر است. برای سوختهای با فراریت کم مکان اشتعال از سوختهایی دیگر به دلیل اینکه قسمت بیشتر زمان اشتعال آن صرف تبخیر قطره های سوخت شده بالاتر می باشد.