شبيه¬سازي عددي احتراق در محيط متخلخل در حالت دو بعدي با استفاده از چهار سازوكار شيميايي چند مرحله¬اي مختلف

Two-Dimensional Numerical Simulation of Combustion in Porous Burners using for Multi-Steps Kinetics Mechanisms

در تحقيق حاضر، يك برنامه رايانه¬اي در محيط فرترن براي شبيه¬سازي دو بعدي احتراق پيش آميخته هوا- متان در محيط متخلخل نوشته شده است. در كنار اين برنامه، از برنامه CHEMKIN II و اطلاعات پايه آن استفاده شده است. معادلات ناوير استوكس، معادلات انرژي فاز جامد و گاز و معادلات انتقال حاكم بر گونه¬هاي شيميايي با استفاده از روش حجم محدود حل شده و براي ارتباط دادن سرعت و فشار از الگوريتم سيمپل (SIMPLE) استفاده شده است. محفظه احتراق مورد مطالعه، يك محفظه مستطيلي متشكل از دو ناحيه است كه ناحيه اول، ناحيه پيش گرمايش و ناحيه دوم، ناحيه احتراق است. مهم¬ترين كار انجام شده در اين مقاله، استفاده از چهار سينتيك شيميايي چند مرحله¬اي متفاوت براي شبيه¬سازي واكنش¬هاي شيميايي و بررسي اثر استفاده از اين چهار سازوكار شيميايي بر پيش¬بيني توزيع (Profile) دما، جزء جرمي گونه¬هاي شيميايي و انتشار آلودگي¬هاست. همچنين تاثير تغيير ضريب هدايت گرمايي مواد متخلخل نيز بررسي شده است. نتايج نشان مي¬دهد با افزايش ضريب انتقال گرماي هدايت در پايين دست شعله، دماي گاز و ماده متخلخل در ناحيه احتراق كاهش مي¬يابد و اين كاهش دما موجب كاهش انتشار آلاينده¬ها مي¬شود. همچنين نتايج حاصل از پيش¬بيني چهار سازوكار شيميايي احتراق مختلف با يكديگر مطابقت دارند.

This work reports a two-dimensional numerical modeling of premixed methane/air combustion in porous media. To this end, a Fortran code with CHEMKINII is used along with its database. This code solves the Navier-Stokes, the solid and gas energy and the chemical species transport equations using finite volume method. The pressure and velocity are coupled with the SIMPLE algorithm. The burner under study is a rectangular one with two different regions: the first region is a preheating zone (low porosity), and the second region is a combustion zone (high porosity). The importance of this work is due to its use of multi- step kinetics for simulating chemical reactions. In addition, the effects of changes in conduction coefficient on temperature profiles, chemical species mass fractions and pollutant emissions are investigated. It has been shown that by increasing conduction coefficient in the downstream of flame, gas and solid temperature will decrease in this zone resulting reduction in pollutant formation. Also predictions using these four different chemical mechanisms correspond to each other.