مدل‌سازی عددی جریان واکنشی آشفته درون ماده متخلخل

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 دانشیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

3 دانشجو دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

در مقاله حاضر جریان واکنشی مغشوش درون یک ماده متخلخل با توسعه یک کد کامپیوتری مدل می‌گردد. معادلات انرژی مجزا برای فازهای سیال و جامد با روش عدم تعادل حرارتی، معادلات اغتشاش k-ε با روش تجزیه مضاعف و آهنگ مصرف سوخت براساس رابطه یک‌مرحله‌ای آرنیوس اعمال شده­اند. مدل‌سازی اغتشاش منجر به نزدیکی نتایج مدل‌سازی با نتایج تجربی گردید. اغتشاش موجود در جریان موجب تاثیر بیشتر پخش و انتقال حرارت به ناحیه پیش‌گرمایش شده و بیشینه دمای کمتری در ناحیه احتراق بوجود می­آید اما در احتراق با هوای اضافه، تفاوت دما در ناحیه بالادست جریان مشاهده نمی‌شود. نتایج نشان داد که با کاهش تخلخل در ناحیه‌ی احتراق، دمای سیال در طول مشعل کاهش بیشتری می‌یابد به طوری که برای ضریب تخلخل 95/0 و 7/0 دمای بیشینه به ترتیب حدود 16% و 18% کاهش می­یابد. حداکثر اختلاف دما با هوای اضافی 67% حدود 400 کلوین می­باشد که در موقعیت m01/0x= رخ می­دهد. این اختلاف برای حالت بدون هوای اضافی حدود 200 کلوین در موقعیت m045/0x= می­باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]     Avdic F., Application of the porous medium gas combustion technique to household heating systems with additional energy sources,  Thesis, PhD Thesis, University of Erlangen-Nuremberg, 2004.
[2]     Mujeebu M. A., Abdullah M., Bakar M. A., Mohamad A., Abdullah M., Applications of porous media combustion technology–a review, Applied Energy, Vol. 86, No. 9, pp. 1365-1375, 2009.
[3]     Nimvari M., Numerical Simulation of Reating Flow Within Cylindrical Porous Burner, Ph.D. Thesis Thesis, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, 2013. (In Persian)
[4]     Lage J., De Lemos M., Nield D., MODELING TURBULENCE IN, Transport phenomena in porous media II, pp. 198, 2002.
[5]     Travkin V., Catton I., A two-temperature model for turbulent flow and heat transfer in a porous layer, Journal of Fluids Engineering, Vol. 117, No. 1, pp. 181-188, 1995.
[6]     Antohe B., Lage J., A general two-equation macroscopic turbulence model for incompressible flow in porous media, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 40, No. 13, pp. 3013-3024, 1997.
[7]     Nakayama A., Kuwahara F., A macroscopic turbulence model for flow in a porous medium, Journal of fluids engineering,Vol. 121, No. 2, pp. 427-433, 1999.
[8]     Pedras M. H., de Lemos M. J., Macroscopic turbulence modeling for incompressible flow through undeformable porous media, International Journal of Heat and Mass Transfer,Vol. 44, No. 6, pp. 1081-1093, 2001.
[9]     Chaffin C., Koenig M., Koeroghlian M., Matthews R. D., Hall M., Lim I., Nichols S., Experimental investigation of premixed combustion within highly porous media, in Proceeding of the 1991ASME JSME thermal engineering joint conference. 1991.
[10] Hsu P.-F., Matthews R. D., The necessity of using detailed kinetics in models for premixed combustion within porous media, Combustion and flame, Vol. 93, No. 4, pp. 457-466, 1993.
[11] Hsu P.-F., EVANS W. D., HOWELL J. R., Experimental and numerical study of premixed combustion within nonhomogeneous porous ceramics, Combustion Science and Technology, Vol. 90, No. 1-4, pp. 149-172, 1993.
[12] Barra A. J., Diepvens G., Ellzey J. L., Henneke M. R., Numerical study of the effects of material properties on flame tabilization in a porous burner, Combustion and Flame,Vol. 134, No. 4, pp. 369-379, 2003.
[13] Jouybari N., A New Turbulent Macroscopic Model for Flow in Porous Media, Ph.D. Thesis, Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, 2015.
[14] Pereira F. M., Medição de características térmicas e estudo do mecanismo de estabilização de chama em queimadores porosos radiantes,  Thesis, UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA, 2002.
[15] Coutinho J. E., de Lemos M. J., Laminar flow with combustion in inert porous media, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 39, No. 7, pp. 896-903, 2012.
[16] Moro Filho R. C., de Lemos M. J., NUMERICAL SIMULATION OF COMBUSTION IN INERT POROUS MEDIA, 2007.
[17] de Lemos M. J., Analysis of turbulent combustion in inert porous media, International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 37, No. 4, pp. 331-336, 2010.
[18] Mohamad A., Viskanta R., Ramadhyani S., Numerical predictions of combustion and heat transfer in a packed bed with embedded coolant tubes, Combustion Science and Technology, Vol. 96, No. 4-6, pp. 387-407, 1994.
[19] Kuo K. K., Principles of combustion, 1986.
[20] Braga E. J., de Lemos M. J., Turbulent natural convection in  porous square cavity computed with a macroscopic κ–ε model, International Journal of Heat and Mass Transfer,Vol. 47, No. 26, pp. 5639-5650, 2004.