سوخت و احتراق
سال:1392 | دوره:6 | شماره:2 |تعداد مقالات:6

حساسیت دمایی سرعت سوزش پیشرانه های جامد مستقیما بر دقت و عملکرد موتور راکت تاثیرگذار است. در این تحقیق، تاثیر مواد افزودنی از قبیل اکسید آهن (IO) بر حساسیت دمایی سرعت سوزش پیشرانه های جامد مرکب بر پایه HTPB با انجام آزمون های سرعت سوزش، آنالیز حرارتی دیفرانسیلی (DTA)، دانسیته (بر اساس استاندارد نظامی) و دمای خوداشتعالی بررسی شده است. همچنین، تاثیر نسبت های متفاوت درشت به ریز ذرات اکسیدکننده آمونیوم پرکلرات (AP) بر حساسیت دمایی مطالعه شده است. نتایج به دست آمده از آزمایش ها نشان داد که با افزودن اکسید آهن و همچنین کاهش نسبت درشت به ریز ذرات AP سرعت سوزش افزایش می یابد. تحلیل حرارتی دیفرانسیلی (DTA) نشان داد که دمای تجزیه AP با افزودن اکسید آهن کاهش می یابد. همچنین، با توجه به نتایج آزمون دمای خوداشتعالی، مشخص شد که دمای خوداشتعالی با افزودن اکسید آهن کاهش می یابد. علاوه بر این، نتایج به دست آمده نشان داد حساسیت دمایی با افزودن اکسید آهن و همچنین با کاهش نسبت درشت به ریز ذرات AP کاهش می یابد. در پیشرانه های AP/HTPB/IO و AP/HTPB با نسبت های پایین درشت به ریزذرات AP، افزایش دمای سطح سوزش سبب کاهش حساسیت دمایی می شود. کمترین مقدار برای حساسیت دمایی زمانی مشاهده می شود که ذرات ریز AP و IO با هم مخلوط شوند.

در مقاله حاضر، با توجه به اهمیت پارامترهای مختلف سینتیک فرایندهای خشک شدن و پیرولیز ذرات ارگانیکی چون لایکوپدیوم بر روی مدل های تحلیلی احتراق این نوع ذرات، به بررسی سنتیک این فرایندها پرداخته شده است. در این تحقیق، با استفاده از منحنی های TGA نتایج آزمایشگاهی موجود به بررسی منحنی های DTG و ارائه یک مدل تحلیلی برای سنتیک فرایندهای خشک شدن و پیرولیز ذرات در پدیده احتراق پرداخته شده است. در این کار، به صورت تحلیلی سینتیک پیرولیز و خشک شدن رطوبت ذرات لایکوپدیوم مطالعه شده و با استفاده از آن ضرایب سینتیکی مربوط به هر مرحله از پیرولیز این ذره به دست آمده است. نتایج نشانگر تطابق فوق العاده مدل تحلیلی با نتایج آزمایشگاهی موجود است. می توان نتایج حاصل از این کار را با درصد اطمینان بالایی در مدل های تحلیلی آینده برای ذرات لایکوپدیوم مورد استفاده قرار داد.

یکی از چالش های موجود در موتورهای HCCI عدم وجود سیستم کنترلی مناسب نظیر موتورهای احتراق داخلی مرسوم است. از این رو، کنترل احتراق HCCI می تواند راه را برای توسعه تجاری این موتورها هموار کند. در کار حاضر، یک مدل کنترلی (COM) توسعه یافته است که قادر است زمان شروع احتراق (SOC)، دوره احتراق(BD) و زاویه میل لنگی که در آن 50 درصد آزادسازی گرما اتفاق افتاده است (CA50) را پیش بینی کند. کارایی مدل با استفاده از مقایسه پارامترهای مذکور با مقادیر متناظر تجربی آن ها (از تحلیل داده های فشار داخل سیلندر اندازه گیری شده) در محدوده وسیعی از شرایط عملکردی موتور مورد ارزیابی قرار گرفته است. در ادامه، مقادیر مختلف برای دمای مخلوط ورودی، فشار ورودی و نسبت هم ارزی، برای موتور HCCI گازسوز در مدل توسعه یافته اعمال شد. از این نتایج برای بهینه سازی ضرایب موجود در رابطه اصلی مدل انتگرال کوبشی اصلاح شده و سایر روابط موجود برای پیش بینی پارامترهای احتراقی استفاده شد. دسترسی به شرایط مناسب ورودی جهت عملکرد پایدار موتور از محاسن این سیستم کنترلی است.

در این کار، به صورت تحلیلی، به مطالعه اثر اتلاف حرارت بر روی انتشار شعله پیش مخلوط پرداخته شده است. از یک مدل جدید نفوذی- حرارتی، که در آن ساختار شعله به چهار ناحیه تقسیم شده و عدد دامکولر (نسبت نرخ واکنش شیمیایی به نرخ تبخیر ذرات ریز) و عدد زلدویچ (فرم بی بعد انرژی فعالسازی مخلوط واکنشگر) به عنوان پارامترهای اساسی درنظر گرفته شده اند، برای بررسی تاثیر اتلاف حرارت در انتشار شعله در میان پیش مخلوط ذرات سوخت ارگانیک با توزیع یکنواخت استفاده شده است.در نهایت، با حل حالت پایدار، نتایج برای سرعت سوزش در شرایط متفاوت ارائه شده است و همان طور که انتظار می رفت اتلاف حرارت در کلیه موارد باعث کاهش سرعت سوزش شد که این کاهش به طور میانگین 18 درصد محاسبه شد. در پایان، صحت نتایج با نتایج آزمایشگاهی موجود ارزیابی شده و با اختلاف 31 درصد مورد قبول واقع شد.

در این پژوهش، با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ (LES) به مطالعه شتاب گیری شعله و گذار از جت شعله آشفته به تراک در لوله ای با یک مانع، که توسط مخلوط استوکیومتری هیدروژن- هوا پر شده، پرداخته شده است. به منظور شبیه سازی احتراق زیرشبکه از رویکرد شعله ضخیم شده مصنوعی(ATF)  و به منظور مدل سازی دقیق تر اثرات واکنش های شیمیایی بر پدیده حاضر از یک سینتیک 21 مرحله ای استفاده شده است. از آنجایی که درنظر گرفتن سینتیک شیمیایی تفصیلی هزینه محاسباتی را به شدت افزایش می دهد، از روش جدول سازی درجای تطبیق پذیر (ISAT) بهره برده شده است. بررسی نتایج حاضر نشان می دهند که رویکرد پیشنهادی LES/ATF/ISAT از توانایی بالایی در بازتولید پدیده های فیزیکی روی داده در حین فرآیند انتشار شعله و گذار از جت شعله آشفته به تراک برخوردار است. مشاهده شد، حضور دیوار، در محفظه ای که جت شعله در آن تخلیه می شود، تاثیر بسزایی در رفتار شعله و آغازش تراک دارد، به طوری که آغازش تراک دقیقا در مجاورت دیواره و درست در پشت ساقه ماخ شکل گرفته در اثر انعکاس شوک پیشرو از دیوار روی می دهد. البته این آغازش به دنبال چندین انفجار محلی روی داده در پشت لبه حمله به وقوع می پیوندد.

در این تحقیق، سرعت سوختن آرام شعله های متان- هوا و پروپان- هوا در گستره وسیعی از نسبت های هم ارزی و در فشار اتمسفر به طور آزمایشگاهی اندازه گیری شده است. روش شار حرارتی برای اندازه گیری سرعت سوختن استفاده شد. آزمایش ها برای متان- هوا و پروپان- هوا در نسبت های مختلف هم ارزی انجام شد. حداکثر سرعت شعله برای متان- هوا و پروپان- هوا در نسبت هم ارزی 1.1 و به ترتیب 37.33 و 42.1 cm/s اندازه گیری شد. نتایج با داده های معتبر منتشرشده تطابق قابل قبولی دارند. شبیه سازی با استفاده از کد پیش آمیخته نرم افزار کمکین 2 انجام گرفت و سازوکارهای شیمیایی GRI-Mech 3.0 و دانشگاه پرینستون به ترتیب برای احتراق متان و پروپان درنظر گرفته شده اند. نتایج شبیه سازی و آزمایشگاهی تطابق خوبی را نشان می دهند.