بررسی تاثیر تغییر طول پره‌های یک چرخاننده کم‌چرخش بر میدان جریان در یک شعله پیش‌آمیخته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

چکیده

در این تحقیق به بررسی تاثیر تغییر در طول پره‌ چرخاننده کم‌چرخش در یک شعله پیش‌مخلوط اشاره می‌شود. بدین منظور از دو چرخاننده چهار پره و هشت پره به شعاع 7 میلی‌متر و شعاع صفحه انسداد 5/4 میلی‌متر استفاده شده است. با حفظ نسبت انسداد 88/0، پنج حالت مختلف فرض شده است. شبیه‌سازی میدان با استفاده از نرم افزار Fluent و با حل معادلات سه بعدی ناویر-استوکس و مدل آشفتگی k-ε صورت گرفته است. از هوا به عنوان اکسیدکننده و متان به عنوان سوخت با نسبت هم‌ارزی 65/0 استفاده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که تغییر طول پره چرخاننده کم‌چرخش تاثیر به‌سزایی بر رفتار کلی جریان دارد. با افزایش طول پره، بیشینه مقدار سرعت در کانال، مربوط به چرخاننده چهار پره و هشت پره به ترتیب، از 14 متر/ثانیه تا 20 متر/ثانیه و از 19 متر/ثانیه به 26 متر/ثانیه افزایش می‌یابد. همچنین از منظر رفتار شعله مشاهده شد در دو حالت از چرخاننده چهار پره به دلیل نبود میزان چرخش لازم، شعله به صورت V شکل تشکیل نمی‌شود. نتایج نشان داد که در هندسه مورد نظر این تحقیق کمینه مقدار چرخش برای داشتن شعله V شکل 140 واحد/ثانیه می‌باشد. شایان ذکر است، که با افزایش طول پره چرخاننده، شعله به مکان پایین‌تری منتقل می‌شود که اختلاف در بیشترین و کمترین مقدار جابجایی در چرخاننده‌های چهار و هشت پره به ترتیب 7/4 و 8/7 درصد می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]   Smith J. Combustion Aerodynamics and Swirling Combustion Processes. A Comprehensive Review; Journal of Energy Research. 2023.Vol. 45, pp. 217-231.
[2]   Gupta A, Lilley D, Syreed N. Influence of Rotating Speed Ratio on the Annular Turbulent Flow between Two Rotating Cylinders. Journal of Modern Physics. 2013.Vol. 170, pp. 525-799.
[3]   Syred N, Beer JM. Combustion in Swirling Flows Review. Combustion and Flame. 1974.Vol. 23, pp. 143-201.
[4]   Chigier NA. Gas dynamics of Swirling Flow in Combustion Systems. Astronautic Acta. 1972.Vol. 17, pp. 387-395.
[5]   Haworth DC, Pope SB. Combustor Design and Analysis for Swirl Stabilized Flames. Combustion Science and Technology. 1986. Vol. 47, pp. 315-347.
[6]   Janicka J, Wörner A. CFD Modeling of Turbulent Combustion in Swirl Stabilized Gas Burners. Combustion and Flame. 2001. Vol. 125, pp. 141-161.
[7]   Putnam AA. Swirl Burning. American Flame Research Committee. 1967 Jan.
[8]   Turns SR. An Introduction to Combustion; Concepts and Applications. McGraw-Hill Education. 2021. Resource Type: Book.
[9]   Hansen J. Global Climate Changes as Forecast. Goddard Institute for Space Studies. 1988. Vol. 93, pp. 9341-9364.
[10]         Jacobson MZ. Review of Solutions to Global Warming; Air Pollution and Energy Security. Energy and Environmental Science. 2009.
[11]         Horn M. Lean Combustion. technology and Control. 2019 Jul. Resource Type: Book.
[12]         Gupta AK, Lilley D. Swirl Flows and Combustion. 1984 Jan. Resource Type: Book.
[13]         Pulkrabek W. Engineering Fundamentals of the Internal Combustion Engine. 2003. Resource Type: Book.
[14]         Cheng RK, Marble FE. Numerical study of flame stability; stabilization and noise in a swirl-stabilized combustor under choked conditions. Fluid Dynamics. 2015.
[15]         Lieuwen T, Yang V. Combustion Instabilities in Gas Turbine Engines: Operational Experience, Fundamental Mechanisms and Modeling. American Institute of Aeronautics and Astronautics Inc. 2005.
[16]         Ghoniem AF, Gupta AK. non-premixed turbulent combustion. Applied Thermal Engineering. 2013. Vol. 110, pp. 665-677.
[17]         Plessing T. Measurement of the Turbulent Burning Velocity and the Structure of Premixed Flames on a Low Swirl Burner. Proc. Combustion Inst. 2000. Vol.28, pp.359-366.
[18]         Shepherd IG, Cheng RK. Premixed Flame Front Structure in Intense Turbulence. Combustion Inst. 1996. Vol. 29, pp.1833-1840.
[19]         Cheng RK. Velocity and Scalar Characteristics of Premixed Turbulent Flames Stabilized by Weak Swirl. Combustion and Flame. 1995. Vol.101, pp.1-14.
[20]         Dunn Rankin D. Lean Combustion Technology and Control. USA Elsevier, 2008. Resource Type: Book.
[21] نحوی، مظاهری، پارسافر، محمدپور. تجزیه و تحلیل تجربی اثر انسداد بر پارامترهای احتراق مشعل کم‌چرخش برای شعله‌های گاز طبیعی و هوا پیش‌آمیخته فقیر از سوخت. هجدهمین کنفرانس دینامیک سیالات، مشهد، 1398.
[22] فرشچی م، توحید. بررسی تجربی انتشار گازهای گلخانه‌ای کم‌چرخش پیش‌آمیخته فقیر از سوخت. مجموعه مقالات سومین کنفرانس سوخت و احتراق موسسه احتراق ایران، 22 بهمن 1389، تهران، ایران، دانشگاه امیرکبیر، 1388.
[23]         Johnson MR, Littlejohn D, Nazeer WA, Rapp VH., Cheng RK. A Comparison of the Flow fields and Emissions of High-swirl Injectors and Low-swirl Injectors for Lean Premixed Gas Turbines. Proc. Combustion Inst. 2005. Vol. 30, pp.2867-2874.
[24]         Yegian DT, Cheng RK. Stability characteristics and emission levels of a laboratory hot water heater utilizing a weak-swirl burner. American Flame Research Council Fall International Symposium, Berkeley, California, USA. 1995.
[25]         Cheng RK, Yegian DT. Mechanical Swirler for a Low-NOx Weak-Swirl Burner, U.S. Patent. 1999.
[26]         Yegian DT, Cheng RK. Development of a Vane-Swirler for Use in a Low NOx Weak-Swirl Burner. American Flame Research Committee International Symposium, Baltimore. 1996.
[27]         Yegian DT, Cheng Rk. Scaling the Low Swirl Burner from 15kw to 600kw. American Japanese Flame Research Committee International symposium. 1998.
[28]         Beer JM, Chigier NA. Combustion Aerodynamics. Halsted-Wiley, New York. 1972.
[29]Cheng RK, Yegian DT, Miyasato MM, Samuelsen GS, Benson CE, Pellizzari R, Loftus P. Scaling and Development of Low-Swirl Burners for Low-Emission Furnaces and Boilers. Proceedings of the Combustion Institute. 2000. Vol. 28, pp. 1305-1313.
[30] حشمتی، میرساجدی. بررسی تجربی تاثیر نسبت انسداد انژکتور کم‌چرخش بر حدود پایداری و رژیم‌های احتراق شعله گاز طبیعی. کنفرانس سوخت و احتراق، موسسه احتراق ایران، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران، 1399.
[31] ناصری‌پور طوسی، میرساجدی. بررسی تاثیر صفحات مغشوش کننده متفاوت با نسبت انسداد یکسان در یک شعله پیش‌آمیخته کم‌چرخش. مجله علمی-پژوهشی مؤسسه احتراق ایران، اردیبهشت 1402.
[32] ناصری‌پور طوسی، میرساجدی. تاثیر افزایش تعداد پره های چرخاننده کم‌چرخش بر میدان جریان و رژیم شعله در یک شعله پیش‌آمیخته فقیر از سوخت. بیست و یکمین کنفرانس بین المللی انجمن هوافضای ایران. دانشگاه علم و صنعت ایران، بهمن ۱۳۹۲.