سوخت و احتراق
سال:1394 | دوره:8 | شماره:2 |تعداد مقالات:7

در این مطالعه، احتراق جت متقاطع سوخت در جریان مافوق صوت هوا به صورت عددی بررسی شده است. گاز تزریق شامل مخلوط پیش احتراق هوا و هیدروژن با نسبت هم ارزی 4.5 بوده است. میدان در دو حالت بدون شوک برخوردی و همراه با شوک مایل برخوردی تحلیل شده است. تحلیل به کمک نرم افزار اپن فوم و در میدان سه بعدی انجام شده است. از مدل اغتشاشی دومعادله ای SST-kw و مدل احتراقی PaSR استفاده شده است. هدف از مطالعه صورت گرفته بررسی اثر شوک مایل برخوردی بر پایداری شعله بوده است. در حالت عدم وجود شوک برخوردی، واکنش های احتراقی در میدان بسیار کند صورت می گیرد. در حالت وجود شوک مایل، واکنش های احتراق با سرعت بالاتری انجام می شود که این موضوع نشان دهنده پایداری شعله است. بررسی دقیق میدان نشان می دهد واکنش از امتداد لبه شکاف تزریق شروع شده و به سمت داخل میدان گسترش می یابد. نتایج حاصل با نتایج آزمایش های تجربی سازگاری دارد.

هدف از مقاله حاضر بررسی اثر تغییر درصد دبی هوای توزیع شده از طریق چرخاننده، فواره های اولیه و فواره های رقیق سازی بر مشخصات جریان واکنشی و آلاینده های NO و CO در یک محفظه احتراق مدل توربین گاز است. برای حل معادلات حاکم از شبکه بندی منظم حجم محدود استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان به صورت ضمنی خطی سازی شده و به صورت مرتبه دو گسسته سازی شده اند. جملات نفوذی در معادلات انتقال با استفاده از روش گسسته سازی مرکزی و عبارات جابه جایی به صورت مرتبه دو بالادست گسسته شده اند. در شبیه سازی عددی جریان دوفاز واکنشی این محفظه احتراق، از مدل آشفتگی Realizable K-e، مدل احتراقی فلیملت پایا و مدل تشعشعی جهت های مجزا استفاده شده است. پاشش قطرات سوخت مایع و محیط دوفازی قطره و هوا توسط روش اویلر-لاگرانژی مدل سازی شده است. پژوهش حاضر برای چهار حالت مختلف تزریق هوا انجام شده است که در حالت اول شرایط مرزی منطبق بر شرایط آزمایشگاهی بوده و پس از اعتبارسنجی نتایج حل عددی با داده های تجربی، حالت های بعدی بررسی شده اند. حاصل تحقیق حاضر، مقایسه توزیع سرعت، دما، درصد کسر جرمی دی اکسید کربن، منوکسید کربن و اکسید نیتروژن در مقطع خروجی، به همراه نحوه شکل گیری ساختار جریان در مقطع طولی محفظه احتراق، در چهار حالت تزریق هواست. نتایج نشان می دهند که توزیع هوای شرایط آزمایشگاهی به صورت بهینه نیست. در حالتی که دبی هوای بیشتری از فواره های اولیه به محفظه احتراق وارد شود، آلاینده NO کمتری تولید می شود و توزیع دمای مقطع خروجی، از یکنواختی بیشتری برخوردار است. همچنین، در این حالت، فرآیند احتراق نسبت به شرایط آزمایشگاهی، کامل تر بوده و CO2 بیشتری تولید می شود.

در تحقیق حاضر، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی مشخصه های پدیده خاموشی-اشتعال مکرر برای مخلوط رقیق هیدروژن-هوا (با نسبت هم ارزی 0.5) در یک میکروکانال، تحت گرادیان دمایی معین، به صورت عددی بررسی شده است. در شبیه سازی عددی از فرمول بندی عدد ماخ پایین، سینتیک تفصیلی و ضرایب نفوذ مولکولی مختلف برای گونه ها استفاده شده است. با استفاده از پارامترهای دامنه و فرکانس استخراج شده از میدان جریان، مشخصه های این پدیده مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان ورودی، دامنه پدیده خاموشی-اشتعال مکرر افزایش می یابد، در حالی که فرکانس آن رفتاری کاهشی-افزایشی دارد. به منظور مطالعه دقیق تر این پدیده، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی پدیده خاموشی-اشتعال مکرر از دیدگاه واکنش های شیمیایی با استفاده از متغیر نرخ واکنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در سرعت های بالای جریان ورودی، واکنش های تولید گونه های سبک تر نظیر O، H و OH غلبه دارند، در حالی که در سرعت های پایین جریان ورودی، واکنش ها به تولید گونه های سنگین نظیر H2O، HO2 و H2O2 تمایل بیشتری دارند. همچنین، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی سرعت جبهه شعله انتشاری بررسی شده است. در سرعت های پایین جریان ورودی، شعله در مدت زمان بیشتری از یک چرخه مشاهده می شود، در حالی که در سرعت های جریان ورودی بالاتر، شعله سریع تر وارد ناحیه خاموشی می شود.

در این مقاله، جریان سیال داخل نازل انژکتور موتور دیزل با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و به کمک نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی شده است. جریان دوفاز به صورت مخلوط همگن درنظر گرفته شده و مدل آشفتگی و K-e مدل کاویتاسیون اسکنر-سویر برای شبیه سازی عددی انتخاب شده است.ابتدا نازلی که نتایج آزمایشگاهی برای آن موجود بوده شبیه سازی شده و با اعتبارسنجی نتایج، مدل آشفتگی مناسب انتخاب شده است. سپس یک نازل انژکتور واقعی چهارسوراخه برای شبیه سازی انتخاب شده است. برای کاهش هزینه محاسبات، تنها یک چهارم نازل مدل سازی شده و به ازای اختلاف فشارهای مختلف، مقدار دبی جریان و ضریب تخلیه به دست آمده است. تحلیل های انجام شده برای سه نشیمنگاه مختلف با ارتفاع متفاوت سوزن انژکتور انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ارتفاع سوزن انژکتور و شکل نشیمنگاه علاوه بر ضریب تخلیه بر محل تشکیل حفره کاویتاسیون نیز تاثیرگذار است.

کاهش آلاینده های محیط زیست ناشی از احتراق در سیستم های نیرو محرکه یکی از چالش های اساسی محققان است. برای اطلاع از منابع این آلاینده ها، پیش بینی دقیق محصولات و دمای میدان احتراق امری ضروری است. به همین دلیل، در سال های اخیر، شبیه سازی جریان های احتراقی مغشوش مورد توجه واقع شده است. برای شبیه سازی این جریانها به یک مدل احتراقی مناسب، نیاز است. مدل فلیملت، به دلیل ویژگی های متعدد ازجمله جداکردن واکنش های شیمیایی از میدان مغشوش، یکی از پرکاربردترین مدل های ارائه شده در مقالات است. همچنین، فرض حالت ناپایا در مدل سازی پدیده های شیمیایی کندی مانند تشکیل آلاینده ها نتایج بهتری نسبت به فرض حالت پایا پیش بینی می کند. هدف از این مقاله مشاهده کاربرد مدل فلیملت پایا و ناپایا در شبیه سازی شعله های نفوذی مغشوش بلاف بادی است. پیش بینی دما و کسرمخلوط متوسط محاسبه شده با استفاده از مدل فلیملت پایا، هم خوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان می دهد. شبیه سازی های حالت پایا با استفاده از دو مکانیزم شیمیایی GRI3.0 و GRI 2.11 کسر جرمی گونه NO را خیلی بیشتر از مقدار واقعی پیش بینی می کند. در عین حال، کسر جرمی گونه NO در مدل فلیملت ناپایا با استفاده از مکانیزم GRI 2.11، با داده های تجربی همخوانی خوبی دارد. در نتیجه اثرات گذرایی در فرایند های کندی مانند تشکیل NO باید درنظر گرفته شود.

مصرف و آلایندگی کم موتورهای دیزل، امروزه، آن ها را برای کاربرد خودروهای سواری مناسب کرده است و مفاهیم مختلفی برای بهبود شکل گیری مخلوط، که نقش مهمی در بهبود بازده احتراق و کاهش مصرف سوخت دارد، ارائه شده است. یکی از این مفاهیم استفاده از ریزسوراخ های گروهی است. در صورت استفاده از ریزسوراخ ها برای انژکتور موتور دیزل، مشخصه های قطره سازی سوخت بسیار بهبود خواهد یافت که از این حیث تاثیر بسزایی در بالابردن کیفیت مخلوط سوخت و هوای تشکیل شده خواهد داشت و به تبع آن، آلایندگی ایجادشده نیز به مقدار زیادی کاهش خواهد یافت. در این تحقیق نیز، تاثیر استفاده از این نوع سوراخ ها برای نازل انژکتور موتور دیزل به روش عددی و با استفاده از نرم افزار AVL fire مطالعه شده است. برای شبیه سازی، ابتدا الگوهای مربوط به شبیه سازی برخورد، ایجاد و گسترش ریزقطره ها و شرایط مرزی موجود در نرم افزار با استفاده از داده های تجربی کارهای مشابه صحه گذاری شده و سپس تاثیر افزایش زاویه بین ریزسوراخ ها در مشخصه های افشانه نظیر عمق نفوذ، قطر متوسط قطرات و مقدار جرم تبخیرشده در دو نوع چیدمان سوراخ های یک صفحه ای (a) و دوصفحه ای (b) بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان داد در افشانه با ریزسوراخ گروهی، با افزایش زاویه بین دو سوراخ، مقدار عمق نفوذ و جرم تبخیرشده افشانه افزایش و قطر ریزقطرات کاهش می یابد.

در این مقاله، عملکرد یک چرخه توربین گاز مجهز به پیل سوختی اکسید جامد و موتور استرلینگ از دیدگاه ترمودینامیکی بررسی شده و برای تمام اجزای چرخه مورد نظر یک تحلیل ترمودینامیکی و برای پیل سوختی به کار رفته در آن، یک تحلیل الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا انجام شده است. با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی تاثیر نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، تعداد سل های پیل سوختی، نوع سیال مورد استفاده در موتور استرلینگ و سرعت زاویه ای موتور استرلینگ بر روی بازده و توان تولیدی سیستم هیبریدی بررسی می شود. بر اساس مقایسه انجام شده توان تولیدی سیستم پیشنهادی در حدود سه برابر توان تولیدی چرخه ساده توربین گاز و 1.3 برابر توان تولیدی سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که بازده الکتریکی سیستم پیشنهادی در حدود 82 درصد بوده و این در حالی است که بازده سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی در حدود 50 درصد و چرخه ساده توربین گاز 30 درصد است.