بررسي عددي اثر دماي اوليه بر اشتعال در جريان بدون لايه برشي

Numerical investigation of the effects of initial temperature on the ignition in a shear-less mixing layer

در اين مقاله، به بررسي فرايند اشتعال در جريان بدون لايه برشي پرداخته مي شود. در چيدمان بدون لايه برشي دو جريان موازي با سرعت ميانگين مساوي به يكديگر مي رسند. اين چيدمان اجازه مطالعه دقيق شعله هاي لبه دار را فراهم مي كند. هدف اصلي، بررسي اثر دماي اوليه جريان بر مرحله انتشار شعله در فرايند اشتعال است. اين كار با استفاده از روش شبيه سازي گردابه هاي بزرگ، مدل احتراقي شعله ضخيم شده و سينتيك شيميايي DRM-19 انجام شده است. سرعت محوري ميانگين و نوساني به دست آمده از دو شبكه ريز و درشت با استفاده از نتايج تجربي اعتبارسنجي شده است. بررسي كسر مخلوط نيز نشان از مناسب بودن دقت شبيه سازي ها در پيش بيني اختلاط دارد. مكان لبه بالادست و پايين دست شعله نيز با نتايج تجربي مقايسه شده و بيان كننده صحت شبيه سازي فرايند اشتعال است. سرعت ميانگين انتشار شعله لبه دار نشان مي دهد كه با افزايش دماي اوليه از 323 به 1000 كلوين، سرعت انتشار شعله از 1 به 4/2 متربرثانيه افزايش پيدا مي كند. همين روند براي رشد هسته شعله نيز وجود دارد. مقايسه بين سرعت انتشار شعله لبه دار به دست آمده با سرعت انتشار شعله آرام و تصحيح شده آن با مجذور چگالي ها نشان مي دهد كه شعله آرام تصحيح شده بهترين نتيجه را در پيش بيني سرعت انتشار شعله لبه دار دارد. همچنين، افزايش دما سبب تبديل شعله لبه دار دوگانه به شعله لبه دار سه گانه مي شود.

Ignition process in a shear-less mixing layer is studied in this paper and the main goal is to investigate the effects of initial temperature on the flame propagation phase of ignition process. The investigation is done using large eddy simulation method, coupled with thickened flame approach and DRM19 chemical mechanism. Mean and RMS axial velocities from both coarse and fine grids and mean mixture fraction are validated against experimental results. Most upstream and downstream positions of the flame edge are in good agreement with the experimental data. By increasing the initial temperature from 323K to 1000K, the mean edge flame propagation velocity increases from 1 to 4.2m/s. The same trend exists for flame kernel volume. Comparing the calculated edge flame propagation velocity and laminar flame speed and its root density correction shows that corrected laminar flame propagation can better predict the edge flame propagation velocity. Also, by increasing the initial temperature, bibrachial edge flame converts to a triple flame.