بررسي عددي پاسخ شعله آرام پيش‌مخلوط مخروطي شكل به نوسان‌هاي صوتي

Numerical Investigation of Laminar Premixed Conical Flame Response to Acoustic Excitation

ديناميك شعله مخروطي پيش‌مخلوط آرام در ميدان صوت به روش عددي بررسي شد. احتراق متان و هوا به وسيله يك واكنش يك‌مرحله‌اي و يك‌طرفه شبيه‌سازي و پديده نفوذ با روشي ساده، اما كارآمد محاسبه شد. ابتدا، شعله به صورت پايا مدل‌سازي و از صحت پارامترهاي مربوط به آن اطمينان حاصل شد. انگيزش صوتي با نوسان دادن سرعت ورودي حول مقدار متوسط آن به جواب حالت پايا اعمال گرديد. پس از سپري شدن لحظات گذراي اوليه، ميزان توليد حرارت شعله با همان بسامد اجباري به نوسان درآمد. تابع پاسخ در بسامدها و شدت انگيزش‌هاي مختلف، هم از نظر اندازه و هم فاز، با نتايج تجربي تطابق خوبي دارد. شعله با اعمال نوسان درست مانند آزمايش‌ها چروكيده شده و برآمدگي‌هايي كه به لبه‌هاي تيز تبديل مي‌شوند با سرعت جريان از پايين شعله به سمت نوك مخروط حركت مي‌كنند.

Dynamics of laminar premixed conical flame in acoustic-velocity field was studied via numerical simulation. Methane/air combustion was modeled using a single-step, irreversible reaction and diffusion phenomena with a simple but efficient method. First, the steady flame was obtained and its corresponding parameters were verified. Then this steady state solution was excited by modulation of the inlet velocity. After the initial transients, heat release rate of the flame kept fluctuating with the forced frequency. The response function for various modulation intensities and frequencies agrees satisfactorily with experiments. Also, like the experimental observations the flame wrinkles and the convex sections which convert to sharp edges travel from the base to the tip of the cone at the speed of the flow.