پديد آورنده :
عطارزاده جوزداني، محمدمهدي
عنوان :
شبيه سازي شعله غير پيش مخلوط با استفاده از منيفولد توليد شده به روش فليملت غير آدياباتيك
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
چهارده، [94]ص.: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
محمود اشرفي زاده
توصيفگر ها :
احتراق , مدل فليملت آرام , غير پيش مخلوط , شعله بلاف بادي , غير آدياباتيك
استاد داور :
علي اكبر عالم رجبي، ايمان چيت ساز
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/11/28
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/12/04
چكيده فارسي :
1 چكيده عليرغم اقبال جهاني به انرژيهاي نو با آلايندگي كمتر هنوز هم احتراق جايگاه ويژهاي در تامين انرژي صنايع نيروگاهي و همچنين حملونقل خصوصا تجهيزات هوايي دارد با وجود اينكه پژوهشهاي زيادي بر روي بحث احتراق و بهبود راندمان آن مطرح شدهاست مباحث زيست محيطي احتراق همچنان جزو موضوعاتي است كه توجه پژوهشگران زيادي به آن معطوف شدهاست لذا به منظور كاهش آلايندههاي احتراق پيشبيني غلظت آلايندههاي ناشي از احتراق امري ضروري به نظر ميرسد با توجه به اين كه بسياري از مشعلهاي صنعتي در رژيم مغشوش عمل ميكنند و اينكه اغتشاش جريان و همچنين اغتشاشات موجود در احتراق بر هم اثر متقابل دارند بنابراين در يك مسئله احتراق مغشوش بايد اغتشاش جريان اغتشاشات موجود در احتراق و آثار متقابل اين دو بر هم در نظر گرفته شود در اين پژوهش براي اغتشاش جريان مدل توربولانسي k استاندارد براي احتراق و واكنشهاي شيميايي مدل فليملت آرام و براي بررسي اندركنش توربولانس و احتراق استفاده از توابع دانسيته احتمال در قالب مدل فليملت در نظر گرفتهشدهاست مدل فليملت يك مدل احتراقي با در نظر گرفتن نرخ واكنش شيميايي محدود است كه در مسائلي كه زمان مشخصه انجام واكنشهاي شيميايي بسيار كمتر از زمان مشخصه جريان است داراي دقت به نسبت بالا در عين زمان محاسباتي پايين است در اين پژوهش معادلات مدل فليملت آدياباتيك و غيرآدياباتيك به صورت كد UDF به زبان C تدوين شده است از لوازم حل با مدل فليملت توليد يك پايگاه داده با حل يك شعله يك يا دوبعدي آرام قبل از انجام شبيهسازي اصلي به صورت پيشپردازش است در پژوهش حاضر فليملت مورد استفاده براي بررسي مدل فليملت آدياباتيك با استفاده از نرمافزارهاي كمكين و كانترا در مختصات فيزيكي و نرمافزار فلوئنت در مختصات كسر مخلوط توليد شدهاست در مدل فليملت آدياباتيك پس از حل معادلات انتقال براي شعله آرام و توليد فليملت با در نظر گرفتن اثر نوسانات و انتگرالگيري و استفاده از توابع دانسيته احتمال براي كسر مخلوط و نرخ استهلاك اسكالر كتابخانهاي توليد ميشود كه در اين كتابخانه كميتهاي ترموشيميايي به صورت تابعي از متوسط كسر مخلوط واريانس آن و متوسط نرخ استهلاك اسكالر بيان ميشود پس از توليد كتابخانه به منظور شبيهسازي شعله مغشوش مورد نظر در هر تكرار علاوه بر معادلات انتقال رايج در مسائل سيالات معادلاتي نيز براي كسر مخلوط متوسط واريانس كسر مخلوط و متوسط نرخ استهلاك اسكالر حل ميگردد كه پس از محاسبه اين سه كميت دما و كسر جرمي گونهها در هر سلول محاسباتي در دامنه با ميانيابي با استفاده از اين سه كميت محاسبه ميشود و اين سيكل تا رسيدن به همگرايي ادامه خواهد داشت درشبيهسازي برخي از شعلههاي مغشوش به دليل اهميت يافتن آثار انتقال حرارت از شعله و يا ديوارههاي محفظه احتراق استفاده از مدل فليملت غيرآدياباتيك توسط محققين پيشنهاد شدهاست در اين پژوهش فليملت مورد استفاده در مدل فليملت غيرآدياباتيك در نرمافزار كانترا و با در نظر گرفتن اثر تلفات حرارتي بر توزيع دما در دامنه مسئله با كمك متغيري به نام نقصان انتالپي توليد شدهاست همانند مدل فليملت آدياباتيك براي حل به كمك مدل فليملت غيرآدياباتيك نيز بايد يك كتابخانه براي ميانيابي كميتهاي ترموشيميايي از آن تشكيل شود كه اينبارمتغيرهاي مستقل اين جدول يكي بيشتر از متغيرهاي جدول كتابخانه آدياباتيك است و آن متغير اضافه متوسط نقصان انتالپي است كه در هر حلقه تكرار با حل معادله انرژي و محاسبه تفاضل مقدار انتالپي هر سلول با مقدار انتالپي آدياباتيك به دست ميآيد در اين پژوهش هر دو مدل فليملت آدياباتيك و غيرآدياباتيك با دقت قابل قبولي توانايي پيشبيني دما و كسر جرمي گونههاي شيميايي را دارا هستند و با توجه به اينكه كاهش خطاي محاسبه دما در مقطع 62 2 به ميزان 1 و آن هم فقط در نزديكي محور تقارن شعله بر اثر استفاده از مدل فليملت غيرآدياباتيك در مقايسه با هزينه محاسباتي كه بايد براي ميانيابي كميتهاي ترموشيميايي با استفاده از چهار متغير كه تقريبا 22 برابر زمان مورد نياز براي شبيهسازي با مدل فليملت آدياباتيك است پرداخت قابل چشمپوشي است پيشنهاد ميشود كه در مسائلي كه ميزان تلفات حرارتي از شعله بالا نيست از مدل فليملت آدياباتيك استفاده شود كلمات كليدي احتراق مدل فليملت آرام غيرپيشمخلوط شعله بلافبادي غيرآدياباتيك
چكيده انگليسي :
15 Non Premixed Flame Simulation Using Non Adiabatic Flamelet Generated Manifolds Mohammad Mahdi Attarzadeh Jouzdani mm attarzadeh@me iut ac ir Date of Submission 2020 01 25 Department of Mechanical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree M Sc Language PersianSupervisor Mohsen Davazdah Emami Mohsen@cc iut ac irAbstractAlthough the renewable energy are attracting attention in the world combustion still holds its special place inthe energy supply of the power plant industries as well as in transportation especially in aerospaceequipments Much research into combustion and enhancing the efficiency of this procees has done but subjectsrelated to envirionment are still interesting for many researchers Therefore in order to reduce combustionpollutants it is necessary to predict the concentration of pollutants due to combustion Since most of industrialburners operate in turbulent regimes and flow turbulence and chemical reactions of combustion has interactionon each other hence their interaction should be taken into account In this research in order to simulate flowturbulence chemical reactions in combustion and interaction between combustion and turbulence standard laminar flamelet and probability density functions are used as the flamelet model respectively The flameletmodel is a combustion model with a finite chemical reaction rate that has relatively high simulation precisionin problems in which the chemical time scale is much smaller than the flow time scale and it needs lesscomputional effort than models that use detailed chemical mechanism In order to implement adiabatic andnon adiabatic flamelet models are formulated as UDF codes in C programming language One of the necessitiesto utilize flamelet model is to generate a data base after solving a one or two dimensional laminar flame problemas pre processing In the present work the flamelet used for adiabatic flamelet model survey is generated usingCantera and Chemkin softwares in physical coordinates and Fluent software in in mixture fraction space Inadiabatic flamelet model after solving transport equations for the laminar flame and flamelet generation considering the effects of fluctuations is done with integrating using the probability density functions for themixture fraction and the scalar dissipation rate and a library is generated in which thermochemical quantitiesare introduced as a function of mixture fraction mean and its variance and mean scalar dissipation rate Aftergenerating the library in order to simulate the turbulent flame in each iteration in addition to the transportequations commonly used in fluid dynamics problems equations for the mean mixture fraction mixturefraction variance and mean scalar dissipation rate are also solved in each iteration and temperature and massfraction of species in each computational cell in the domain with interpolation is calculated using these threequantities and this cycle will continue until convergence In the simulation of some turbulent flames due tothe importance of heat transfer effects from flame or combustion chamber walls the use of non adiabaticflamelet model has been suggested by the researchers In this study the flamelet used in the non adiabaticflamelet model is generated in the Cantera software and with considering the effect of thermal losses on thetemperature distribution by help of a variable called enthalpy defect Like adiabatic flamelet model in order tosolve a problem using non adiabatic flamelet model a library should be generated for thermochemicalquantities interpolation This table has one more independent variable enthalpy defect that is calculated bysubtracting actual enthalpy obtained from energy equation from adiabatic enthalpy In this study both adiabaticand non adiabatic flamelet models can predict the temperature and species mass fraction with acceptableaccuracy Considering that non adiabatic flamelet model can reduce the computational error just in 0 26 and its
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي
استاد مشاور :
محمود اشرفي زاده
استاد داور :
علي اكبر عالم رجبي، ايمان چيت ساز
