• صفحه اصلی
  • مرور
    • شماره جاری
    • بر اساس شماره‌های نشریه
    • بر اساس نویسندگان
    • بر اساس موضوعات
    • نمایه نویسندگان
    • نمایه کلیدواژه ها
  • اطلاعات نشریه
    • درباره نشریه
    • اهداف و چشم انداز
    • اعضای هیات تحریریه
    • اعضای مشورتی هیات تحریریه
    • همکاران دفتر نشریه
    • اصول اخلاقی انتشار مقاله
    • بانک ها و نمایه نامه ها
    • پیوندهای مفید
    • پرسش‌های متداول
    • فرایند پذیرش مقالات
    • اخبار و اعلانات
  • راهنمای نویسندگان
  • ارسال مقاله
  • داوران
  • تماس با ما
 
  • ورود به سامانه ▼
    • ورود به سامانه
    • ثبت نام در سامانه
  • English
صفحه اصلی فهرست مقالات مشخصات مقاله
  • ذخیره رکوردها
  • |
  • نسخه قابل چاپ
  • |
  • توصیه به دوستان
  • |
  • ارجاع به این مقاله ارجاع به مقاله
    RIS EndNote BibTeX APA MLA Harvard Vancouver
  • |
  • اشتراک گذاری اشتراک گذاری
    CiteULike Mendeley Facebook Google LinkedIn Twitter Telegram
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
مقالات آماده انتشار
شماره جاری
شماره‌های پیشین نشریه
دوره دوره 50 (1397)
شماره شماره 5
شماره شماره 4
شماره شماره 3
شماره شماره 2
شماره شماره 1
دوره دوره 49 (1396)
دوره دوره 48 (1395)
دوره دوره 47 (1394)
دوره دوره 46 (1393)
دوره دوره 45 (1392)
دوره دوره 44 (1391)
دوره دوره 43 (1390)
دوره دوره 42 (1389)
دوره دوره 41 (1388)
کشت کار, محمدرضا, خالقی, حسن, یزدان پرست, سجاد, خرم دل, محمد. (1397). مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر, 50(4), 823-836. doi: 10.22060/mej.2017.12159.5278
محمدرضا کشت کار; حسن خالقی; سجاد یزدان پرست; محمد خرم دل. "مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ". نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر, 50, 4, 1397, 823-836. doi: 10.22060/mej.2017.12159.5278
کشت کار, محمدرضا, خالقی, حسن, یزدان پرست, سجاد, خرم دل, محمد. (1397). 'مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ', نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر, 50(4), pp. 823-836. doi: 10.22060/mej.2017.12159.5278
کشت کار, محمدرضا, خالقی, حسن, یزدان پرست, سجاد, خرم دل, محمد. مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ. نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر, 1397; 50(4): 823-836. doi: 10.22060/mej.2017.12159.5278

مدل سازی عددی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ

مقاله 11، دوره 50، شماره 4، مهر و آبان 1397، صفحه 823-836  XML | اصل مقاله [English] اصل مقاله (1785 K)
نوع مقاله: مقاله پژوهشی
شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2017.12159.5278
نویسندگان
محمدرضا کشت کار؛ حسن خالقی ؛ سجاد یزدان پرست؛ محمد خرم دل
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران
چکیده
در موتورهای دیزل پاشش مستقیم امروزی، فرآیندهای اسپری و احتراق آن، از طریق اختلاط کنترل می‌شوند. در روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ به دلیل اینکه مقیاس‌های بزرگ جریان به طور مستقیم حل می‌شوند و مقیا سهای کوچک مدل می‌شوند، بنابراین اختلاط هوا و بخار سوخت به روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ بهتر پیش بینی می‌شود و در نتیجه قابلیت پیش بینی مشخصات جریان واکنشی افزایش می یابد. در این پژوهش اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل با استفاده از روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی بر روی کد EPISO-SPRAY مورد مطالعه قرار می‌گیرد. با توسعه‌ی این کد، روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ بر روی حلگر جریان دوفازی مربوط به این کد اعمال می‌شود که درآن از دیدگاه اولری - لاگرانژی، دینامیک جریان بررسی می‌شود و در نهایت با روش رنس مقایسه می‌گردد. در این پژوهش، به منظور شبیه سازی اغتشاش در جریان احتراقی اسپری دیزل از مدل‌های زیرشبکه‌ی اسماگورینسکی و اسماگورینسکی دینامیکی و مدل احتراقی راکتور اختلاط جزئی استفاده شده است و نشان داده شده که استفاده از شبکه‌ی نسبتاً ریز نتایج قابل قبولی به دست می‌دهد. نتایج به دست آمده از طول نفوذ اسپری غیرواکنشی در محیط گازی و همچنین پروفیل سرعت فاز گاز در مرحله‌ی مکش جریان هوا به درون سیلندر در موتور دیزل به منظور اعتبارسنجی عملکرد کد حاضر در جریان تک فازی و دوفازی با داده‌های تجربی مقایسه گردیده است که نسبت به داده‌های تجربی دارای تطابق نسبتاً خوبی می‌باشد، به طوری که با مقایسه‌ی نتایج با داده‌های تجربی می توان نتیجه گرفت که نتایج شبیه سازی گردابه‌های بزرگ با شبکه‌ی ریز در جریان مغشوش غیر واکنشی از نتایج رنس بهتر است. نتایج احتراق اسپری دیزل با دو روش شبیه سازی گردابه‌های بزرگ و رنس نیز با استفاده از سینتیک تک مرحله ای با نتایج تجربی گروه آزمایشگاهی سندیا مقایسه گردیده است. مشخصات کلی جریان واکنشی مغشوش اعم از طول نفوذ اسپری سوخت و بخار آن با استفاده از هر دو روش اغتشاشی به‌خوبی پیش بینی می‌شود. با مقایسه‌ی شکل شعله با استفاده از دو روش اغتشاشی تفاوت‌های اندکی می‌توان مشاهده نمود، ولی مقدار کمینه و بیشین هی دما در هر دو یکسان است.
کلیدواژه‌ها
اغتشاش؛ جریان احتراقی اسپری دیزل؛ شبیه سازی گردابه های بزرگ؛ متوسط گیری رینولدز معادلات ناویر استوکس؛ موتور دیزل
موضوعات
جریانهای آشفته و مدل‌های آن؛ دینامیک سیالات محاسباتی
عنوان مقاله [English]
Numerical Study of Turbulence in Diesel Spray Combustion Using Large Eddy Simulation
نویسندگان [English]
M.R. Keshtkar؛ H. Khaleghi؛ S. Yazdanparast؛ M. Khoramdel
Department of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, Tehran, Iran
چکیده [English]
Under modern direct injection diesel engine conditions, the spray and combustion processes are known to be controlled by mixing. In large eddy simulation method, large eddies are solved directly and small scales are modeled, so it can potentially improve the predictive capability by better capturing the large-scale mixing of ambient air with the fuel vapor. In this paper, turbulent spray combustion is studied using the large eddy simulation method together with partially stirred reactor model using EPISO- SPRAY code. To develop this code, large eddy simulation method is applied in an Eulerian – Lagranian approach in which conservation equations of both phases are solved and then results of large eddy simulation are compared with those of Reynolds averaged of Navier-Stocks. Simulation of spray combustion using different sub-grid scale models of large eddy simulation method (Simple Smagorinesky and dynamic Smagorinesky) with partially stirred reactor combustion model are presented here. It is shown that with a fine mesh, results are in good agreement with experimental data. Results of non-reacting spray penetration length in gas environment and velocity profile during the intake stage are compared with related experimental data in order to validate the EPISO-SPRAY code performance. It is proved in this study that large eddy simulation results with relative fine mesh are much better than the Reynolds-averaged Navier–Stokes equations results. Results of reacting liquid spray using simple step kinetic and fuel vapor penetration length are compared with experimental data. It is shown that overall characteristics of diesel spray combustion such as liquid spray penetration and fuel vapor penetration are both in good agreement with experimental data using Reynolds-averaged Navier– Stokes equations or large eddy simulation models. Although small differences in the flame shape are seen with the two methods, maximum and minimum temperatures are predicted to be the same in both models.
کلیدواژه‌ها [English]
Turbulence, Diesel Spray combustion, Large Eddy Simulation, Reynolds averaged of Navier-Stocks equations, Diesel Engine
مراجع

[1] Fallah, M., Khaleghi, H., 2003. “Calculations of flows in reciprocating engine chambers with AMS & K-e models”. 1st International conference of computational methods in applied mathematics, Belarus.

[2] C. G. Speziale, "On nonlinear kl and k-ε models of turbulence," Journal of Fluid Mechanics, vol. 178, pp. 459-475, 1987.

[3] T. Craft, B. Launder, and K. Suga, "Development and application of a cubic eddy-viscosity model of turbulence," International Journal of Heat and Fluid Flow, vol. 17, pp. 108-115, 1996.

[4] S. Behzadi and A. Watkins, "Flow and Turbulence Modeling in a Motored Reciprocating Engine using a Cubic Non-linear Turbulence Model," in 4th International Symposium on Engineering Turbulence Modeling, 1999.

[5] B. Amini and H. Khaleghi, "A comparative study of variant turbulence modeling in the physical behaviors of diesel spray combustion," Thermal Science, vol. 15, 2011.

[6] V. Yakhot and L. M. Smith, "The renormalization group, the ɛ-expansion and derivation of turbulence models," Journal of Scientific Computing, vol. 7, pp. 35-61, 1992.

[7] Z. Han and R. D. Reitz, "Turbulence modeling of internal combustion engines using RNG κ-ε models," Combustion science and technology, vol. 106, pp. 267-295, 1995.

[8] G. N. Coleman and N. N. Mansour, "Modeling the rapid spherical compression of isotropic turbulence," Physics of Fluids A: Fluid Dynamics (1989-1993), vol. 3, pp. 2255-2259, 1991.

[9] S. EL TAHRY, "k-epsilon equation for compressible reciprocating engine flows," Journal of Energy, vol. 7, pp. 345-353, 1983.

[10] C. Bajaj, M. Ameen, and J. Abraham, "Evaluation of an unsteady flamelet progress variable model for autoignition and flame lift-off in diesel jets," Combustion Science and Technology, vol. 185, pp. 454-472, 2013.

[11] T. Hori, T. Kuge, J. Senda, and H. Fujimoto, "Large eddy simulation of diesel spray combustion with eddy-dissipation model and CIP method by use of KIVALES," SAE Technical Paper 0148-7191, 2007.

[12] Abraham J. Recent progress in modeling reacting diesel sprays.

[13] B. Hu, C. J. Rutland, and T. A. Shethaji, "A mixed-mode combustion model for large-eddy simulation of diesel engines," Combustion Science and Technology, vol. 182, pp. 1279-1320, 2010.

[14] C. Bekdemir, L. Somers, L. de Goey, J. Tillou, and C. Angelberger, "Predicting diesel combustion characteristics with large-eddy simulations including tabulated chemical kinetics," Proceedings of the Combustion Institute, vol. 34, pp. 3067-3074, 2013.

[15] M. Ameen, V. Magi, and J. Abraham, "Modeling the transient structure of reacting diesel jets using large eddy simulation," in 8th US National Combustion Meeting, University of Utah, 2013.

[16] M. Ameen and J. Abraham, "RANS and LES study of lift-off physics in reacting diesel jets," SAE Technical Paper 0148-7191, 2014.

[17] P. Nordin, Complex chemistry modeling of diesel spray combustion: Chalmers University of Technology, 2001.

[18] D. T. R. J. A. Howarda, "The eddy dissipation combustion model developed for large eddy simulation."

[19] J. Chomiak and A. Karlsson, "Flame liftoff in diesel sprays," in Symposium (International) on Combustion, 1996, pp. 2557-2564.

[20] J. Karlsson, T. Berglind, and J. Chomiak, "Modeling of ignition and combustion of high pressure small orifice diesel sprays using a complex chemical model," in International Symposium COMODIA, 1991, p. 275.

[21] A. A. Amsden and R. Menon, "KIVA3. A KIVA Program with Block-Structured Mesh for Complex Geometries," Silicon Graphics Computer Systems, Mountain View, CA (United States)1993.

[22] Lilly, D. K. (1992). "A proposed modification of the Germano subgrid‐scale closure method." Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 1989-1993, 4(3): 633-635.

[23] M. Klein, J. Meyers, and B. J. Geurts, "Assessment of LES quality measures using the error landscape approach," in Quality and Reliability of Large-Eddy Simulations, ed: Springer, 2008, pp. 131-142.

[24] M. Keshtkar, H. Khaleghi (Supervisor), "Numerical Study of Turbulence in Diesel Spray Combustion Using Large Eddy Simulation", Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Science (M.Sc.) in Mechanical Engineering, Faculty of Mechanical Engineering, Tarbiat Modares University, 2016. (in Persian).

[25] R. D. Reitz and R. Diwakar, "Effect of drop breakup on fuel sprays," SAE Technical Paper 0148-7191, 1986.

[26] P. O’Rourke and F. Bracco, "Modeling of drop interactions in thick sprays and a comparison withexperiments," Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, vol. 9, pp. 101-106, 1980.

[27] C. Bai and A. Gosman, "Development of methodology for spray impingement simulation," SAE Technical Paper 0148-7191, 1995.

[28] A. Morse, J. Whitelaw, and M. Yianneskis, "Turbulent flow measurements by laser doppler anemometry in a motored reciprocating engine," Imperial College Mechanical Engineering Department Report FS/78/24, 1978.

[29] M. Khoramdel. H. Khaleghi, Gh. Heidarinejad, M.H. Saberimoghadam, "Numerical Analysis of In-Cylinder Flow in Internal Combustion Engines by LES Method," Journal of mechanical Engineering, Amirkabir University, Tehran, 2016. (in Persian).

[30] M. S. Yule AJ, Tham SY, Aval SM, "Diesel spray structure," ICLASS-85, London, UK, 1985 Jul

[31] Available: http://www.sandia.gov/ecn/dieselspraycombustion.php.

[32] Jangi, M., et al. (2015). "On large eddy simulation of diesel spray for internal combustion engines." International Journal of Heat and Fluid Flow 53: 68-80.

آمار
تعداد مشاهده مقاله: 455
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 81
صفحه اصلی | واژه نامه اختصاصی | اخبار و اعلانات | اهداف و چشم انداز | نقشه سایت
ابتدای صفحه ابتدای صفحه

Amirkabir Journal of Mechanical Engineering is licensed under a
"Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0)"

 

Amirkabir University of Technology (Tehran Polytechnic)

Journal Management System. Designed by sinaweb.