مطالعه عددي پديده برگشت شعله در سيستم هاي احتراقي پيش اختلاط آرام

Numerical Study on Propagation of Flame in Laminar Pre-Mixed Combustion

در اين مطالعه محدوده برگشت شعله و ساختار آن در لوله هاي باريك حامل جريان اشتعال پذير به صورت عددي مورد بررسي قرار مي گيرند. مدل رياضي شامل معادلات بقاي جرم، بقاي ممنتوم، بقاي انرژي و بقاي اجزاي است. احتراق نيز به صورت واكنش يك مرحله اي براي متان مدل مي شود. اين مطالعه در دو مرحله انجام مي شود، در مرحله اول تحليل به صورت گذرا انجام شده تا جايي كه شعله وارد لوله پيش اختلاط شود و گراديان سرعت بحراني (محدوده برگشت شعله) براي نسبت سوخت به هواي مختلف و در شعاع هاي مختلف لوله بدست آيد. همچنين محدوده اي از جريان كه به ازاي آن شعله ناپايدار است نيز در اين مرحله بدست مي آيد. در مرحله دوم با كاهش بيشتر نرخ جريان ورودي به محفظه، يك شعله برگشته در ناحيه پيش اختلاط نزديك ديواره ايجاد مي شود كه با مطالعه شعله برگشته در داخل لوله پيش اختلاط، ساختار شعله برگشته در نزديك ديواره بدست مي آيد. با توجه به اينكه پيش بيني برگشت شعله به صورت تجربي بسيار خطرناك است، مطالعه عددي آن مي تواند در شناسايي هرچه بيشتر اين پديده و همچنين توسعه سيستم هاي احتراقي پيش اختلاط مفيد واقع شود.

Premixed combustion is widely used for reducing pollutant emission from combustion chambers. However, these systems may be sensitive to complex phenomena such as flashback. In the present study flame, flashback and structure of premixed laminar flames are investigated theoretically. The mathematical model includes the axi-symmetric continuity, Navier Stocks, energy, and species equations. Combustion is modeled as one-step overall reaction using experimental relation with Arrhenius finite rate model. Flashback is examined as a function of wall velocity gradient, tube radius, and fuel concentration in mixture. The analysis is done in two stages. In the first stage, analysis is done traditionally where the value of flashback criteria is calculated and the unstable region of combustion is obtained. In the second stage, flame is kept to propagate into the region of investigation to study the flame structure. Because of complexity of flame flashback, difficulties of performing the experiments confronting flashback phenomena, and fire hazard, the numerical simulation of this phenomenon is strongly recommended