بررسي اثر انتقال حرارت تشعشعي بر ساختار شعله SM1 با روش فليملت پايا

Investigation of radiative heat transfer effect on the SM1 flame structure with steady flamelet method

تشعشع حرارتي نقش كليدي در انتقال حرارت بين شعله و محيط اطراف آن دارد. بنابراين ارائه روشي قابل اعتماد براي اندازه گيري تشعشع شعله در مطالعه احتراق امري ضروريست. اين درحاليست كه اندازه گيري شار تابشي از شعله در محفظه به دليل تاثير ديواره ها چالش برانگيز است. تشعشع ساطع شده توسط ديواره ها و بازتابش تشعشع شعله از ديواره ها باعث مداخله در اندازه گيري تشعشع شعله مي شود. ديواره هايي با دماي بالا يا بازتابش بالا، مي تواند باعث افزايش خطا در اندازه گيري تشعشع شعله شود. در اين مقاله، پارامترهاي مختلف موثر در شدت تشعشع شعله مورد بررسي قرار گرفته است. اين بررسي ها بر اساس شدت تشعشع ديواره و شار حرارتي تشعشعي ديواره انجام شده است. براي محاسبه تشعشع شعله يك روش نظري ارائه شده است كه براي تاييد درستي آن، با نتايج شبيه سازي عددي مقايسه شده است. در اين شبيه سازي مشعل SM1 دانشگاه سيدني مورد بررسي قرار گرفته و از مدل احتراقي فليملت پايا و مدل توربولانسي k-? اصلاح شده، بهره برده شده است. به دليل پايين بودن ضخامت اپتيكي مدل مورد مطالعه، در شبيه سازي عددي از مدل تشعشعي DO استفاده شده است. نتايج شبيه سازي عددي با نتايج تئوري مطابقت خوبي داشت و تخمين تشعشع شعله از دقت قابل قبولي برخوردار بود. نتايج نشان داد اختلاف تشعشع شعله از تشعشع ديواره هنگامي بيشتر از 25% مي شود كه مقدار ضريب تشعشع ديواره از 0. 8 كوچكتر و يا دماي ديواره از 330k بيشتر شود.

Abstract Thermal radiation plays a key role in the heat transfer between the flame and its surroundings. It is essential to provide a reliable method for measurement of flame radiation in the combustion study. Also, it is challenging to measure the radiation flux from the flame in the chamber due to the effect of the walls. The radiation emitted from the walls and the reflection of the flame radiation from the walls interferes with the measurement of the flame radiation. High temperature or high reflection walls can increase the error in the measurement of flame radiation. In this paper, various parameters affecting the flame radiation have been investigated. These studies are based on the wall incident radiation and the wall radiation heat flux. To calculate the flame radiation, a theoretical method is presented which is compared with the CFD simulation results to confirm its correctness. To simulate the flame SM1 of the University of Sydney, a steady flamelet combustion model has been used with the k-ε modified turbulence model. Due to the low optical thickness of the model, the DO radiation model is used to simulate CFD. The CFD results are in good agreement with theoretical results, and the estimation of flame emission are accurately acceptable. The results show that the flame radiation differs from the wall radiation by more than 25%, when the wall radiation coefficient will be smaller than 0.8 or the wall temperature will be more than 330k.