مقايسه اثرات چند سينتيك شيمياييِ كلي بر شبيه سازي سه بعدي شعله برخاسته متان

Comparison of some global chemical kinetics effects on methane lifted flame 3D simulation

در كار حاضر مقايسه اثرات چند سينتيك شيميايي كلي در شبيه سازي 3 بعدي احتراق متان، توسط مجموعه كد متن باز اپن فوم، در يك محفظه احتراق افقي كه داراي شعله برخاسته مي باشد، مورد نظر است. هدف از اين مقايسه، مشاهده اثرات سينتيك هاي كلي يك، دو و چهار مرحله اي بر سرعت، توزيع گونه ها و دما است. در اين شبيه سازي، معادلات بقا و حالت بطور همزمان حل و معادلات مشتق جزئي توسط روش حجم محدود گسسته مي گردند. اثرات آشفتگي با روش k-ε، تابش با مدل P1 و برهم كنش آشفتگي و احتراق با روش PaSR محاسبه مي شوند. نتايج عددي به وسيله ي داده هاي آزمايشگاهي محفظه احتراق استوانه اي صحت سنجي گرديد. نتايج نشان مي دهد كه سينتيك هاي مذكور داراي اختلاف در نتايج سرعت، دما و گونه ها در يك سوم انتهايي محفظه كه محل استقرار شعله است، مي باشند و مكان شعله را متفاوت از يكديگر پيش بيني مي كنند و سينتيك هاي 4مرحله اي داراي دقت بهتري نسبت به نوع 2مرحله اي هستند. در بين مكانيزم هاي 4مرحله اي مدل JL داراي دقت و زمان محاسبات بيشتري است، سينتيك هاي يك مرحله اي قادر به حفظ شعله ي برخاسته نبودند. نوع 2مرحله اي نسبت به نتايج تجربي شعله را در پايين دست و مدل كيم نسبت به نتايج تجربي شعله را در بالادست بازسازي مي كند.

In the present study, the effects of several global chemical kinetics in 3-dimensional numerical simulation of methane combustion in a horizontal combustion chamber which has lifted flame by a set of open source code OpenFOAM, are compared. The purpose of this comparison is to study the effects of 1, 2 and 4 step global kinetics on velocity, temperature and species distribution. In this simulation, conservation and state equations are solved simultaneously. Partial differential equations are discreted by finite volume method. The effects of turbulence by standard k-e, radiation by P1 model and turbulence-combustion interaction by PaSR are modeled. The results of numerical simulations have been validated by cylindrical combustion chamber experimental data. The results show that the chemical kinetics have considerable differences in the results of velocity, temperature and species in the final third of the chamber where the flame is located, and predict locations of the flame differently. According to these results, 4-step mechanisms were more accurate than the 2-step type. Between 4 step mechanisms, JL is more accurate than Kim overall; however, its calculation time is higher than the Kim. Single step chemical kinetics were not able to keep the lifted flame. Towards the experimental results, 2-step model predicts the flame in downward and Kim mechanism estimates the flame in the upward.