بررسي عددي تاثير نسبت انسداد و هندسه موانع بر شتاب‌گيري شعله و فشار حاصل از انفجار گازي

Numerical Investigation of the Effects of Blockage Ratio and Obstruction Geometry on Flame Acceleration and Overpressure of Gas Explosion

هدف از مقاله حاضر بررسي حضور موانع صلب، با نسبت انسداد و هندسه‌هاي مختلف، بر روي شتاب‌گيري شعله و فشار حاصل از انتشار شعله پيش‌آميخته با استفاده از شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ است. در اين تحقيق، نرخ واكنش زيرشبكه با استفاده از مدل احتراقي چين خوردگي سطح شعله ولر محاسبه شده است. در كار حاضر، سه نوع مانع با سطح مقطع دايره‌اي، مربعي و مثلثي با نسبت انسدادهايي در حدود 10 تا 72 درصد مورد بررسي قرار گرفته است. نتايج حاضر نشان مي‌دهند كه موانع مربعي سريع ترين شتاب‌گيري شعله و موانع دايره‌اي كندترين شتاب‌گيري را به‌همراه دارند. همچنين، سرعت فواره جريان عبوري از روي موانع و سطح آشفتگي حاصل از موانع با افزايش نسبت انسداد افزايش يافته و درنتيجه سرعت انتشار شعله افزايش مي‌يابد. حجم مواد نسوخته به تله افتاده در پشت موانع نيز، كه نقش بسزايي در فشار بيشينه حاصل از انتشار شعله دارد، براي موانع مثلثي بيشترين مقدار را دارد. بيشينه فشار با افزايش نسبت انسداد افزايش يافته و نرخ افزايش وابسته به هندسه مانع است؛ به‌طوري كه مانع مربعي بيشترين فشار و مانع دايره‌اي كمترين فشار را ايجاد مي‌كند. زمان رخداد بيشينه فشار نيز با افزايش نسبت انسداد كاهش يافته و وابسته به هندسه مانع است.

The aim of the present paper is to investigate the effects of obstacles with different blockage ratio and geometry on flame acceleration and overpressure of premixed flame propagation using large eddy simulation. The subgrid-scale reaction rate is represented by the Flame-wrinkling combustion model developed by Weller. For the purposes of this paper, three different obstacles with circular, triangular and square cross-sections are studied here covering blockage ratios ranging from 10% to 72%. It is found that square and circular obstacles, result the fastest and the slowest flame acceleration, respectively. Velocity of jet-like flow around the obstacles and the level of turbulence generated by obstacles are increased with increasing blockage ratio and caused an increase in flame speed. The amount of unburned mixture trapped behind the obstacles, that plays a significant role in the overpressure, is found to be the highest for triangular obstacles.The maximum overpressure increases with increasing blockage ratio, but the rate of increase depends on the obstacle geometry. The square obstacles lead to highest overpressures while the circular ones produce the lowest overpressure. The time needed to reach the maximum overpressure decreases with increasing blockage ratio and depends on the obstacle geometry.