تحليل تاثير افزودن نانوذرات آلومينا بر تبخير قطرات سوخت ديزل در محفظه احتراق مدل توربين گاز

Analysis of the Influence of Alumina Nanoparticles Addition on Diesel Fuel Droplets Evaporation in the Gas Turbine Model’s Combustion Chamber

در مقاله حاضر، تاثير افزودن نانوذرات آلومينا بر تبخير قطرات سوخت ديزل مورد تحليل عددي قرار گرفته است. نانو سوخت حاصل از افزودن 0/5 و 1 درصدحجمي ذرات آلومينا به سوخت پايه ديزل به‌ صورت تك فاز در نظر گرفته شده است. جريان دو فاز متشكل از قطرات سوخت و هواي ورودي با نگرش اويلر-لاگرانژ مدل­ سازي شده است. هم­چنين، براي تحليل مشخصه ­هاي جريان واكنشي آشفته رهيافت متوسط‌گيري رينولدز ناوير استوكس به همراه مدل انتقال حرارت تشعشعي جهات مجزا و مدل احتراقي فليملت پايا به ­كار گرفته شده است. به منظور اطمينان از صحت نتايج مقايسه ­هايي با نتايج تجربي انجام شده است. نتايج حاكي از آن است كه با افزودن نانوذرات آلومينا، ظرفيت گرمايي و طول عمر قطرات سوخت افزايش مي­ يابد. هم چنين، عمق نفوذ قطرات در حضور نانو ذرات بيشتر شده و قطرات در فواصل دورتري از ورودي تبخير مي­ شوند. ايننكته بيان‌گر كاهش نرخ تبخير قطرات سوخت ديزل در حضور نانو ذرات آلومينا است.

In the present article, the influence of alumina nanoparticles addition on the evaporation of diesel fuel droplets in the combustion chamber of the gas turbine model has been numerically investigated. The nano-fuel, resulting from adding the alumina nanoparticles in volume fractions of 0.5 and 1 percent, has been considered as a single-phase fluid. To model the two-phase flow, which is consisted of fuel droplets and inlet air, the Eulerian-Lagrangian approach is applied. In order to investigate the characteristics of the reactive spray flow, Reynolds Averaged Navier-Stokes turbulence approach, discrete ordinates radiation heat transfer model, and steady diffusion flamelet combustion model have been employed. Comparisons between the present results and the existing experimental data have been made to evaluate the obtained accuracy. The results show that, with the addition of alumina nanoparticles, the heat capacity and lifetime of fuel droplets are increased. Also, in the presence of nanoparticles, the penetration depth of the droplets increases, and droplets evaporate in further distances from the inlet boundary. This implies a reduction in the evaporation rate of fuel droplets in the presence of alumina nanoparticles.