مدلهای شعله متقابل یا شعله راکد (stagnation) در نرم افزار کمیکن
2 دی 1403
مدلهای شعله متقابل یا شعله راکد (stagnation) در نرم افزار کمیکن
سیروس سرمستی
دکتری مهندسی مکانیک – تبدیل انرژی
s.sarmasti@modares.ac.ir
دسته دیگری از مدلهای شعله کمکین متناظر با شعلههایی هستند که از برخورد دو جریان متقابل (یک جریان سوخت، یک جریان اکسنده یا هر دو جریان مخلوط سوخت و اکسنده) یا از برخورد یک جریان پیشآمیخته به یک سطح جامد تشکیل میشوند.
هندسه جریان متقابل از نقطهنظر آزمایشگاهی جذابیت زیادی دارد چرا که شعله حاصل از این چیدمان، تخت میباشد که امکان مطالعه دقیق ساختار و شیمی شعله را فراهم میکند. این مدلها بر اساس روش حل جریانهای stagnation توسعه یافتهاند. جریانهای stagnation دسته خیلی مهمی از جریانها هستند که در آن معادلات ناویر-استوکس پایا به همراه معادلات گونه و معادله انرژی به یک دستگاه معادله دیفرانسیل معمولی مقدار مرزی تبدیل میشوند. دو نمونه از چیدمانهایی که منجر به تشکیل این جریانها میشوند در شکل زیر نشان داده شدهاند. جریان به صورت یکنواخت و پایا به طرف یک صفحه یا یک دیسک ثابت جریان مییابد. فرضهای سادهکنندهای که در این مدلها استفاده شدهاند عبارتند از: پایا بودن جریان، صرفنظر کردن از اثرات لبه سطح و ناچیز بودن نیروی شناوری. در این چیدمان محل تشکیل شعله به نسبت ممنتوم دو جریان متقابل بستگی دارد. در صورتی که جریانها پیشمخلوط باشند، دو شعله در طرفین صفحه سکون (خطچین در شکل) تشکیل خواهد شد ولی اگر یکی از جریانها سوخت و دیگری اکسنده باشند یک شعله تشکیل خواهد شد. از حل این مدلهای یکبعدی، پروفیل سرعت، دما و غلظت گونهها در امتداد محور y یا شعاع r تعیین خواهد شد.
معادلات حاکم بر هر دو راکتور diffusion or premixed opposed-flow flame و premixed burner-stabilized stagnation flame مشابه هم (یعنی دستگاه معادلات دیفرانسیل حاکم بر جریانهای stagnation) میباشند. در راکتور جریان متقابل (opposed-flow)، شرایط جریان در دو مرز مشخص میشوند ولی در شعله پیشمخلوط تثبیت شده در مشعل (burner-stabilized)، ورودی مشعل در x=0 فرض میشود ولی در مرز دیگر (سطح جامد) از شرط عدم لغزش برای سرعت، دمای ثابت دیواره و ناچیز بودن دیفیوژن حرارتی گونهها استفاده میشود.
علاوه بر دو راکتور فوق، مدل دیگری نیز در کمکین وجود دارد که برای شبیهسازی خاموشی شعلههای متقابل استفاده میشود. نام این مدل، flame extinction simulator میباشد و بر اساس تکرار شبیهسازیهای شعله متقابل در شرایط مختلف عمل میکند.
چند نکته:
در راکتورهای جریان متقابل شعله کمکین، امکان در نظر گرفتن واکنشهای سطحی (روی سطح جامد) وجود ندارد.
اندیسهای آلایندگی که برای مقایسه مشخصه آلایندگی شعلهها به ازای مصرف یک کیلوگرم سوخت به کار میروند در پسپردازنده کمکین قابل انتخاب هستند. این اندیسها برای CO، NO و NOx به ترتیب با نمادهای EICO، EINO و EINOx بیان شدهاند.
