مدل‌سازي عددي جريان واكنشي آشفته درون ماده متخلخل

Numerical Modeling of Turbulent Reacting flow in Porous Media

در مقاله حاضر جريان واكنشي مغشوش درون يك ماده متخلخل با توسعه يك كد كامپيوتري مدل مي‌گردد. معادلات انرژي مجزا براي فازهاي سيال و جامد با روش عدم تعادل حرارتي، معادلات اغتشاش k-ε با روش تجزيه مضاعف و آهنگ مصرف سوخت براساس رابطه يك‌مرحله‌اي آرنيوس اعمال شده ­اند. مدل‌سازي اغتشاش منجر به نزديكي نتايج مدل‌سازي با نتايج تجربي گرديد. اغتشاش موجود در جريان موجب تاثير بيشتر پخش و انتقال حرارت به ناحيه پيش‌گرمايش شده و بيشينه دماي كمتري در ناحيه احتراق بوجود مي ­آيد اما در احتراق با هواي اضافه، تفاوت دما در ناحيه بالادست جريان مشاهده نمي‌شود. نتايج نشان داد كه با كاهش تخلخل در ناحيه‌ي احتراق، دماي سيال در طول مشعل كاهش بيشتري مي‌يابد به طوري كه براي ضريب تخلخل 0/95 و 0/7 دماي بيشينه به ترتيب حدود 16% و 18% كاهش مي ­يابد. حداكثر اختلاف دما با هواي اضافي 67% حدود 400 كلوين مي ­باشد كه در موقعيت m0/01=x رخ مي­دهد. اين اختلاف براي حالت بدون هواي اضافي حدود 200 كلوين در موقعيت m0/045=x مي­ باشد.

In the present paper, the turbulent reacting flow within a porous media is modeled by developing a computer code. Separate energy equations for fluid and solid phases and the k-ε turbulence equations have been applied by non-thermal equilibrium and double decomposition methods, respectively and the fuel consumption rate is obtained from one-step Arrhenius equation. Turbulence modeling helped to obtain closer results compared with experimental data. Turbulence caused an increase to the effect of diffusion and heat transfer in the preheat zone which resulted in a lower maximum temperature in the combustion zone. In the case of excess air combustion, no temperature difference is observed in the upstream zone. The results showed that with decreasing porosity in the combustion zone, the fluid temperature along the burner decreases. That is, for the porosities of 0.95 and 0.7 the maximum temperature is decreased by 16% and 18% respectively. The maximum temperature difference in the case of excess air of 67% is about 400K which occurs at x=0.01m and for the case of no excess air is about 200K at x=0.045m.