شماره راهنما :
2123 دكتري
پديد آورنده :
سليمي بابوكاني، ابراهيم
عنوان :
شبيه سازي عددي اندركنش امواج صوتي و شعله هاي آرام و آشفته
گرايش تحصيلي :
تبديل انرژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 119 ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها :
اندركنش شعله و امواج صوتي , شبيه¬سازي عددي , ناپايداري ترموآكوستيك , معيار ناپايداري رايلي , شبيه¬سازي گردابه¬ي بزرگ
تاريخ ورود اطلاعات :
1402/08/02
رشته تحصيلي :
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1402/08/10
چكيده فارسي :
ناپايداري ترموآكوستيك، به ناپايداري احتراق حاصل از اندركنش امواج صوتي و شعله اطلاق مي شود، كه مي¬تواند منجر به خاموشي شعله در مشعل¬ها و محفظه¬ي احتراق و تخريب تجهيزات شود. بررسي فيزيك حاكم بر اين مسئله و عوامل موثر در كنترل ناپايداري شعله، حائز اهميت است. در پژوهش حاضر، اندركنش شعله و امواج آكوستيك هم براي شعله¬ي آرام و هم براي شعله¬ي آشفته مورد بررسي قرار گرفته است. ابتدا شعله¬ي پيش آميخته¬ي آرام متان-هوا به¬صورت يك بعدي و امواج صوتي با فركانس 50 الي 50000 هرتز در نظر گرفته شده است. معادلات بقاي جرم، مومنتوم، انرژي، انتقال گونه¬هاي شيميايي، معادله¬ي حالت در فضاي يك بعدي حل شده است. مكانيزم¬هاي مختلف GRI و كاهش يافته¬ي آن براي به¬دست آوردن شعله¬ي پاياي بدون امواج صوتي و شعله¬ي ناپايا با اندركنش امواج صوتي در نظر گرفته شده است. نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل براي شعله برحسب فركانس امواج صوتي تغيير مي¬كند، به¬صورتي كه ابتدا روندي افزايشي و سپس كاهشي دارد. نتايج به¬دست آمده براي نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل، با نتايج محققان ديگر مطابقت خوبي دارد. نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل، متاثر از نرخ گرماي آزاد شده¬ي گونه¬هاي مختلف شيميايي است. بنابراين در پژوهش حاضر، اثر هر كدام از گونه¬هاي شيميايي بر نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل مورد بررسي قرار گرفته است. با توجه به معيار ناپايداري رايلي و نتايج پژوهش حاضر، گونه¬هاي شيميايي H2O، CO2 و O2 بيشترين سهم در نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل را داشته و موجب ناپايداري شعله مي¬شوند. از ميان سه گونه شيميايي ذكر شده، گونه H2O بيشترين تاثير را در نرخ گرماي آزاد شده¬ي كل دارد و مكانيزم شيميايي مناسب براي مسئله-ي اندركنش شعله و امواج صوتي، مكانيزمي است كه توانايي بهتري در تخمين صحيح نرخ واكنش و غلظت H2O داشته باشد. مسئله¬ي اندركنش امواج صوتي با شعله¬ي آشفته نيز در پژوهش حاضر بررسي شده است. معادلات ناوير استوكس به همراه معادلات مدل ¬پيش-آميخته¬ي جزئي با شبيه¬سازي گردابه¬ي بزرگ انجام شده است. نتايج نشان مي¬دهد با افزايش دامنه¬ي امواج صوتي تا حدود 65 درصد، دامنه¬ي نرخ گرماي آزاد شده در فركانس 40 و 160 هرتز حدود 70 درصد افزايش مي¬يابد. تغيير دامنه¬ي نرخ گرماي آزاد شده با دامنه-ي امواج صوتي در فركانس امواج صوتي 40 هرتز، رفتار خطي و در فركانس 160 هرتز ابتدا رفتار خطي و سپس رفتار غيرخطي دارد. تا هنگامي كه گردابه¬ي بزرگي در لايه¬ي برشي تشكيل نشود، رفتار نرخ گرماي آزاد شده با دامنه¬ي امواج صوتي، خطي است، ولي با تشكيل گردابه¬هاي¬ بزرگ در فركانس 160 هرتز، رفتار غير خطي مي¬شود. در اثر اندركنش شعله و امواج صوتي با دامنه¬ي بالا و فركانس هم مرتبه با فركانس گردابه¬هاي لايه¬ي برشي، شعله¬ي قارچي شكل شده و باعث غير خطي شدن رفتار دامنه¬ي نرخ گرماي آزاد شده مي-شود. در ناحيه¬ي غيرخطي، اثر خواص سيال و مقياس زماني مسئله، حائز اهميت است. متغير بودن خواص سيال شامل لزجت و رسانندگي گرمايي با دما در ناحيه¬ي خطي، تاثير اندك و در ناحيه¬ي غيرخطي تاثير قابل توجه در نتايج دارد. همچنين مقياس زماني احتراقي از مرتبه 〖10〗^(-5) ثانيه، كوچكترين مقياس زماني مسئله بوده و براي حصول نتايج با دقت بالا، نياز است گام زماني حداقل يك مرتبه كوچكتر از مقياس زماني احتراقي انتخاب شود.
چكيده انگليسي :
In the present study, the interactions between acoustic waves and laminar and turbulent flames are investigated. First, a one-dimensional laminar methane-air premixed flame influenced by acoustic waves with frequency from 50 to 50000 Hz was simulated by simultaneously solving the equations for energy conservation, chemical species transport, state, and continuity in one-dimensional space. Increasing the frequency first increases the total heat released and then decreases it. The results show that the heat release rate of H2O species has the greatest influence on the total heat release rate. Therefore, the best mechanism for the flame-acoustic wave interaction problem is the one that can predict the concentration of H2O more accurately. Next, the interaction between a premixed turbulent flame and an upstream source of acoustic waves was investigated. The study showed that when a large vortex formed at a frequency of 160 Hz, the behavior became nonlinear. At high acoustic wave amplitudes, the interaction of the flame involved in shear layer vortices at a frequency similar to that of the acoustic waves leads to the formation of a mushroom-shaped flame. In the nonlinear zone, the influence of the transport properties and the time scale becomes crucial.
استاد راهنما :
محسن دوازده امامي , احمدرضا پيشه وراصفهاني
استاد داور :
محسن ثقفيان , ايمان چيت ساز , جواد محمودي مهر
