توصيفگر ها :
مشعل متخلخل , احتراق , تخلخل , تحليل عددي
چكيده فارسي :
در اين پژوهش به بررسي عددي تاثير تغيير تخلخل ناشي از گراديان دما در يك مشعل متخلخل دو لايه با استفاده از نرم افزار انسيس فلوئنت پرداخته شده است. بدين منظور از سه فوم سراميكي سيليكون كاربيد، آلومينا و زيركونيا براي ناحيه‌ي احتراق با تخلخل‌هاي اوليه‌ي 0/5 تا 0/9 و دو فوم فلزي مس و استنلس استيل با تخلخل‌هاي اوليه‌ي 0/5 تا 0/8 استفاده شده است. اطلاعات مشعل‌ها از نتايج تجربي دارست و تريميس در دانشگاه ارلانگن-نورنبرگ استخراج شده است. مشعل‌ها به صورت دو بعدي تقارن محوري و در حالت پايا بررسي شده است. مكانيزم سن‌ديئگو براي شبيه‌سازي احتراق به كار برده شده است. ماتريس جامد به كار رفته در مشعل خنثي است. عدد رينولدز حفره در بازه‌ي 100 تا 350، عدد رينولدز دارسي در بازه‌ي 100 تا 300 و عدد رينولدز هيدروليكي در بازه‌ي 100 تا 250 تغيير مي‌كند بنابراين جريان در داخل و خارج از محيط متخلخل آرام مي‌باشد. از مدل عدم تعادل حرارتي براي حل دو معادله‌ي انرژي به صورت مجزا استفاده شده است. توزيع دما بر روي محور مركزي مشعل با نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي عددي پژوهشگران مقايسه شده است و نشان مي‌دهد كه نتايج پژوهش حاضر تطابق خوبي با كار ساير محققين دارد. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان داده است كه تغيير تخلخل به ضريب انبساط حرارتي وابسته است، همچنين تخلخل اوليه در شدت تغيير تخلخل موثر است به گونه‌اي كه عدم در نظر گرفتن تغيير تخلخل براي فوم زيركونيا با تخلخل اوليه‌ي 0/5 حدود 4/7 درصد و براي همين جنس با تخلخل اوليه‌ي 0/9 حدود 0/5 درصد انحراف از مقدار واقعي تخلخل ايجاد مي‌كند. اين مقدار انحراف براي سيليكون كاربيد، آلومينا، مس و استنلس استيل با تخلخل اوليه‌ي 0/5 به ترتيب حدود 2/2، 3/7، 8 و 8/2 درصد و با تخلخل اوليه‌ي 0/9 براي سيليكون كاربيد و آلومينا به ترتيب حدود 0/2 و 0/4 درصد و براي مس و استنلس استيل با تخلخل اوليه‌ي 0/8 به ترتيب حدود 1/7 و 2 درصد انحراف از مقدار واقعي تخلخل ايجاد مي‌كند. افزايش مقدار تخلخل در ناحيه‌ي احتراق، باعث افزايش سرعت مخلوط و حركت جبهه‌ي شعله به سمت پايين دست مي‌گردد. مقايسه‌ي دو حالت شبيه‌سازي با و بدون تغيير تخلخل در هنگام واكنش، نشان مي‌دهد سرعت با در نظر گرفتن تغيير تخلخل تفاوت محسوسي با سرعت بدون در نظر گرفتن تغيير تخلخل ندارد اما افت فشار با در نظر گرفتن تغيير تخلخل همواره بيشتر يا مساوي افت فشار بدون در نظر گرفتن تغيير تخلخل است. بيشترين مقدار انحراف افت فشار در تخلخل اوليه‌ي 0/5 رخ داده است كه براي فوم‌هاي سراميكي 18/3 درصد بوده است و مربوط به زيركونيا مي‌باشد و در فوم‌هاي فلزي 4/8 درصد بوده است كه مربوط به مس مي‌باشد.
چكيده انگليسي :
In this research, the effect of porosity change due to temperature gradient in a two-layer porous burner has been investigated numerically using AnsysFluent software. For this purpose, three ceramic foams of silicon carbide, alumina and zirconia have been used for the combustion zone with initial porosity of 0.5 to 0.9 and two metal foams of copper and stainless steel with initial porosities of 0.5 to 0.8. The burner information is extracted from the experimental results of Darst and Trimis at the University of Erlangen-Nurenberg.The burners have been simulated in two-dimensional axial symmetry and in steady state. SanDiego mechanism is used to simulate combustion. the solid matrix used in the burner is neutral. The cavity Reynolds number varies between 100 and 350, the Darcy Reynolds number between 100 and 300, and the hydraulic Reynolds number between 100 and 250, so the flow inside and outside the porous medium is laminar. Non-local thermal equilibrium between the gas and solid phases is accounted by separate energy equations for each phase. The temperature distribution on the central axis of the torch has been compared with the experimental results and numerical simulation of the researchers and it shows that the results of the current research are in good agreement with the work of other researchers.The results of this research have shown that the porosity change is dependent on the coefficient of thermal expansion, also the initial porosity is effective in the intensity of the porosity change in such a way that not considering the porosity change for zirconia foam with an initial porosity of 0.5 is about 4.7% and For this reason, the material with the initial porosity of 0.9 creates about 0.5% deviation from the actual value of porosity. This deviation value for silicon carbide, alumina, copper and stainless steel with initial porosity of 0.5 is about 2.2, 3.7, 8 and 8.2%, respectively, and with initial porosity of 0.9 for silicon carbide and alumina, respectively. About 0.2% and 0.4%, and for copper and stainless steel with initial porosity of 0.8, it causes about 1.7% and 2% deviation from the actual value of porosity, respectively. Increasing the amount of porosity in the combustion zone increases the speed of the mixture and the movement of the flame front downwards.. The comparison of two simulation modes with and without porosity change during the reaction shows that the speed considering the porosity change is not significantly different from the speed without considering the porosity change, but the pressure drop considering the porosity change is always greater than or equal to the pressure drop without Note the change in porosity. The highest amount of pressure drop deviation occurred at the initial porosity of 0.5, which was 18.3% for ceramic foams and related to zirconia, and 4.8% for metal foams, which was related to copper.
