بررسی اثر نیروی گریز از مرکز القاءشده حاصل از هندسه داکت بر روی گسترش سرعت شعله پیش‌آمیخته به کمک نرم‌افزار اوپنفوم | ||
| مکانیک سازه ها و شاره ها | ||
| دوره 13، شماره 1، فروردین و اردیبهشت 1402، صفحه 111-124 اصل مقاله (1.42 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله مستقل | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22044/jsfm.2023.12438.3669 | ||
| نویسندگان | ||
| سید قاسم مشیر استخاره1؛ علیرضا مستوفی زاده* 2؛ مهرداد بزاززاده3 | ||
| 1دانشجوی دکتری مهندسی هوافضا، مجتمع مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، شاهین شهر | ||
| 2دانشیار مهندسی مکانیک، مجتمع مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، شاهین شهر | ||
| 3دانشیار مهندسی هوافضا، مجتمع مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، شاهین شهر | ||
| چکیده | ||
| افزایش سرعت انتشار شعله به کمک نیروی گریز از مرکز می‌تواند منجر به کاهش طول محفظه احتراق و در نتیجه افزایش نسبت نیروی جلوبرنده به وزن در موتورهای توربین گاز هوایی شود. در این تحقیق تاثیر نیروی گریز از مرکز بر روی گسترش شعله پیش-آمیخته بررسی شده است. بدین منظور، شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ احتراق پیش‌آمیخته هوا-پروپان در دو هندسه داکت مستقیم و منحنی به همراه پله در دیواره خارجی به عنوان شعله‌نگه‌دار، با استفاده از نرم‌افزار منبع-باز اوپنفوم انجام و با نتایج تجربی مقایسه گردید. داکت‌های مورد نظر دارای ورودی و خروجی هستند و پارامترهای دمای میانگین و چین‌خوردگی (نسبت سرعت شعله آرام به مغشوش) برای دو سرعت ورودی مختلف مورد بررسی قرار گرفت. ملاحظه گردید که داکت منحنی با القاء نیروی گریز از مرکز به مخلوط سوخت و هوا سبب اختلاط بهتر مخلوط شده و چین‌خوردگی، افزایش سطح مقطع شعله و درنتیجه سرعت گسترش شعله بهبود می‌یابد. همچنین داکت منحنی قابلیت تحمل افزایش سرعت ورودی به مقادیر بالاتر را نیز دارد. در ادامه به منظور بررسی اثر دوران بیشتر سیال، هندسه داکت جدیدی برای دوران بیشتر مخلوط، طراحی و مورد تحلیل قرار گرفت. مقایسه پارامترهای دما و چین‌خوردگی در مقطع خروجی برای دو هندسه منحنی اولیه (C2) و طراحی‌شده (C3)، نشان داد که افزایش دوران به دلیل افزایش نیروی گریز از مرکز، پارامترهای چین‌خوردگی و دمای میانگین در خروجی را بهبود می‌دهد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| احتراق؛ اوپنفوم؛ پیش‌آمیخته؛ شبیه‌سازی گردابه های بزرگ | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] Ramaprabhu P, Andrews MJ (2004) Experimental Investigation of Rayleigh-Taylor Mixing at Small Atwood Numbers. J. Fluid Mech 502: 233-271.
[2] Lewis GD, Shadowen JH, Thayer EB (1977) Swirling Flow Combustion. J. Energy 1(4): 201-205.
[3] Lewis GD (1973) Centrifugal-force Effects on Combustion. Proc. Combust. Inst: 413-419.
[4] Lewis GD (1971) Combustion of a Centrifugal-force Field. Proc. Combust. Inst: 625-629.
[5] Lapsa A, Dahm WJA (2007) Experimental Study on the Effects of Large Centrifugal Forces on Step-Stabilized Flames. 5th US Combustion Meeting 75.
[6] Lapsa A, Dahm WJA (2009) Hyperacceleration Effects on Turbulent Combustion in Premixed Step-Stabilized Flames. Proc. Combust. Inst: 1731-1738.
[7] Sykes JP, Gallagher TP, Rankin BA (2020) Effects of Rayleigh-Taylor instabilities on turbulent premixed flames in a curved rectangular duct. Proc. Combust. Inst: 1-8.
[8] Katta VR, Blunck D, Roquemore WM (2013) Effect of Centrifugal Effects on the Flame Stability in an Ultra-Compact Combustor. AIAA-1046.
[9] Briones AM, Sekar B, Erdmann TJ (2015) Effect of Centrifugal Force on Turbulent Premixed Flames. J. Eng. Gas Turbines Power 137(1): 11501-11511.
[10] Moshir SGH, Mostofizadeh A, Bazazzadeh M (2022) Investigation of the Effect of Centrifugal Acceleration on the Flame Propagation Speed in Premixed Combustion. Fuel and combustion scientific research journal 14(4): 100-122. (In Persian).
[11] Bohan BT ,Polanka MD (2019) A New Spin on Small-Scale Combustor Geometry. J. Eng. Gas Turbines Power 141(1): 11504-11514.
[12] Wilson JD, Damele CJ , Polanka MD (2014) Flame Structure Effects at High G-Loading. J. Eng. Gas Turbines Power 136(10): 101502-101510.
[13] Rathsack TC, Bohan BT, Polanka MD, Goss LP (2019) Experimental Investigation of Flow Characteristics in an Ultra Compact Combustor. AIAA, California.
[14] Thomas NR, Rumpfkeil MP, Briones AM (2019) Multiple-Objective Optimization of a Small-Scale, Cavity-Stabilized Combustor. AIAA, California.
[15] Zhao D, Gutmark EJ, Goey P (2018) A review of cavity-based trapped vortex, ultra-compact, high-g, interturbine combustors. Prog. Energy. Combust. Sci 66: 42–82.
[16] Puranam SV, Arici J (2009) Turbulent combustion in a curving, contracting channel with a cavity stabilized flame. Proc. Combust. Inst 32: 2973-2981.
[17] Koopaei SE, Mazaheri K (2012) Numerical Investigation of the Effects of Blockage Ratio and Obstruction Geometry on Flame Acceleration and Overpressure of Gas Explosion. Fuel and Combustion. 5: 1-24. (in Persian)
[18] Hajialigol N, Mazaheri K (2016) Turbulent lean premixed flame response to the imposed inlet oscillating velocity and effect of the equivalence ratio and inlet temperature on it. Fuel and Combustion. 9: 21-37. (in Persian)
[19] Erdmann TJ, Gutmark E, Caswell AW (2023) The Effects of High Centrifugal Acceleration on Bluff-Body Stabilized Premixed Flames. J. Eng. Gas Turbines Power. 145: 31004-31015.
[20] Zhao Y, Fan W, Rongchun Zh (2023) Influence of coupling schemes of radial and circumferential flame stabilization modes on flow and combustion characteristics of compact combustion for gas turbine. Fuel 333.
[21] Pishbin SI, Ghazikhani M, Modarres Razavi SM (2015) Experimental Investigation on Low Swirl Premixed Combustion and Effects of Geometrical Parameters on Its Performance. J of Solid and Fluid Mechanics. 5: 191-204. (in Persian)
[22] Blazek J (2001) Computational Fluid Dynamics: Principles and Applications. Elsevier.
[23] Libby PA, Williams FA (1980) In Turbulent Reacting Flows, Topics in Applied Physics. Lecture Notes in Physics. Springer-Verlag. 44.
[24] Yoshizawa A, Horiuti K (1985) A Statistically-Derived Subgrid-Scale Kinetic Energy Model for the Large-Eddy Simulation of Turbulent Flows. J. Phys. Soc. Japan 54: 2834-2839.
[25] Weller HG (1993) The development of a new flame area combustion model using conditional averaging. Thermo-fluids section report TF/9307. Imperial College of Science. Technology and Medicine.
[26] Holzmann T (2019) Mathematics, Numerics, Derivations and OpenFOAM. First Edition. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1,019 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 922 |
||
