بررسي اثرات فشار و دما در شعله متقابل آرام گذر-بحراني و فرا-بحراني متان و اكسيژن مايع

Influence of inlet temperature and pressure in transcritical and supercritical laminar counter-flow flame of liquid Oxygen/Gaseous methane

در مقاله حاضر يك شعله برخورد متقابل آرام متان-اكسيژن در شرايط ترموديناميكي فرا-بحراني و گذر-بحراني مورد بررسي قرار گرفته است. از كد منبع باز Cantera جهت محاسبه ميدان جريان و حل سينتيك احتراق استفاده شده است و شرايط معادله حالت، معادله انرژي و خواص انتقال جهت حل جريان گاز واقعي در شرايط ترموديناميكي گذر-بحراني و فرا-بحراني اصلاح شده است. مشخصات ترموديناميكي مانند ظرفيت حرارت ويژه با اضافه شدن ترم تكميلي به ترم شرايط ايده آل بازنويسي شده است و معادله حالت نيز براي شرايط گاز واقعي به صورت كيوبيك آورده شده است. با حل ميدان جريان در شرايط گذر بحراني مشاهده مي شود كه اعمال شرايط گاز واقعي سبب پديدار شدن شرايط شبه جوشش در ميدان جريان مي شود در صورتيكه با حل گاز ايده آل اين پديده مشاهده نمي شود. در نهايت مشاهده مي شود كه شرايط گذر-بحراني در مقايسه با شرايط فرا-بحراني، شعله بسيار به اعمال رابطه گاز واقعي حساس تر مي باشد. در ميدان كسر مخلوط اختلاف عمده اي بين حل گاز واقعي و گاز ايده آل ديده نمي شود كه اين نتيجه براي حل جريان آشفته بحراني به روش فليملت مهم مي باشد. در ميدان فيزيكي اختلاف بين شرايط گاز واقعي و گاز ايده آل از لحاظ موقعيت و ابعاد شعله براي حالت گذر-بحراني قابل توجه مي باشد. براي شرايط كاملا بحراني در ميدان فيزيكي نيز اختلاف قابل توجهي در شرايط موقعيت شعله رخ نمي دهد.

In the present paper, a laminar counter-flow flame has been numerically investigated under the transcritical and supercritical conditions. The Cantera open source code has been used to calculate the flow field and the kinetic combustion solution. Furthermore, the energy equation, the thermodynamics and the transport properties have been modified for real gas solution. The thermodynamics properties, including density, enthalpy, and specific heat at constant pressure, are evaluated based on fundamental thermodynamics theories and the modified SRK equation of state (EOS). Transport properties, including thermal conductivity and dynamic viscosity, are estimated using Chung method. It can be seen that the pseudo-boiling phenomenon has been appeared in transcritical condition with real gas equations. The ideal gas solution is unable to capture this phenomenon. In the mixture fraction field, there is no major difference between the real gas and the ideal gas, which is important for solving the turbulent reacting flow by the flamelet models. However In the physical field, the difference between the real gas condition and the ideal gas is significant in terms of the position and dimensions of the flame for the transcritical state. For supercritical conditions in the physical field similar to mixture fraction field, there is no significant difference in the flame situation.