بررسي اثر شتاب گريز از مركز بر روي سرعت انتشار جبهه شعله در احتراق پيش-آميخته

Investigation of the Effect of Centrifugal Acceleration on the Flame Propagation Speed in Premixed Combustion

افزايش سرعت انتشار شعله به كمك نيروي گريز از مركز كه توسط لوئيس مطرح شده ­است، چالش جديدي است كه مي ­تواند منجر به كاهش طول محفظه احتراق و در نتيجه افزايش نسبت نيروي جلوبرنده به وزن شود. در اين تحقيق، اثر نيروي گريز از مركز بر روي سرعت انتشار شعله در احتراق پيش­ آميخته به كمك شبيه­ سازي گردابه­ هاي بزرگ (LES) احتراق پيش­ آميخته مخلوط هوا - پروپان در يك لوله دوبعدي با دو انتهاي بسته و در بستر نرم­ افزار متن ­باز اوپنفوم بررسي شد. مقايسه نتايج حاصل از حل عددي با نتايج آزمايشگاهي، حدود 8 درصد خطا را در بحراني ­ترين شتاب گريز از مركز (3000 متر بر مجذور ثانيه) نشان داد. به‌منظور بررسي تأثير مدل اغتشاشي، شبيه سازي احتراق به كمك مدل اغتشاشي k-e نيز براي شتاب گريز از مركز 3000 متر بر مجذور ثانيه با مدل LES مقايسه ­شد و ملاحظه ­شد كه شبيه ­سازي گردابه­ هاي بزرگ، سرعت انتشار و چين­ خوردگي سطح شعله را با دقت بالاتري مدل‌سازي مي­ كند. بررسي پارامتر چين‌خوردگي سطح شعله، نشان­ داد كه در شتاب گريز از مركز 4000 متر بر مجذور ثانيه‌، چين­ خوردگي سطح شعله به‌طور ناگهاني افزايش و سپس به سرعت كاهش مي­ يابد كه به نوعي خاموشي شعله را در شتاب گريز از مركز مورد نظر نشان مي­ دهد. سپس اثر طول لوله بر روي سرعت انتشار شعله و چين­ خوردگي سطح شعله در شتاب 2000 متر بر مجذور ثانيه بررسي شد و ملاحظه شد با افزايش طول لوله و افزايش فاصله از مبدأ دوران، نيروي گريز از مركز القايي افزايش و در نتيجه سرعت انتشار و چين ­خوردگي افزايش مي­ يابد.

Increasing the flame propagation speed with aid of centrifugal force proposed by Lewis is a new challenge that can reduce the length of the combustion chamber and thus increase the thrust to weight ratio. In this study, large eddy simulation of premixed combustion of air-propane mixture in a two-dimensional tube with closed ends have been implemented in OpenFoam Software to investigate the effect of centrifugal force on the flame propagation speed. Comparison of numerical solution results with experimental data showed about 8% error in the most critical centrifugal acceleration (3000g). To investigate the effect of the turbulence model, the combustion simulation using the k turbulence model for 3000g, was compared with the LES model and it was observed that the LES model, investigate propagation speed and flame wrinkling with higher accuracy. Considering the flame surface wrinkling parameter, it was observed that at a centrifugal acceleration equal to 4000g, the flame surface wrinkling, suddenly increased and then decreased rapidly that indicates the extinction of the flame. Then, the effect of pipe length on flame propagation speed and flame wrinkling at 2000g was investigated and it was observed that increasing pipe length and distance from the origin of rotation, the induced centrifugal force increased and as a result, propagation speed and wrinkling Increases.