بررسی عددی تاثیر زائده سرمشعل بر اختلاط و واکنش سوخت و هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه کیلان، رشت، ایران

2 گیلان*دانشکده فنی و مهندسی

چکیده

یکی از روشهای بهبود اختلاط سوخت و هوا در یک شعله نفوذی گازی، تولید گردابه‌های هدفمند و ایجاد چرخش در جریان به کمک زائده یا مانع سرمشعل است. در مطالعه حاضر، به بررسی عددی تاثیر شعاع، ضخامت و محل تعبیه مانع جریان دیسکی شکل بر عملکرد یک مشعل نفوذی گازی با سوخت متان پرداخته می‌شود. این بررسی هم در شرایط اختلاط سرد (بدون رخداد واکنش) و هم در شرایط اختلاط گرم (با فعالسازی واکنش احتراقی) انجام می‌پذیرد. صحت شبیه سازی حاضر از طریق مقایسه با اطلاعات تجربی موجود در مراجع مورد سنجش قرار می‌گیرد. نتایج حاکی از تاثیر محسوس پارامترهای مذکور بر بزرگی و قدرت گردابه‌های پایین‌دست مانع بوده و وابستگی مستقیمی میان وسعت گردابه‌های درونی و بیرونی و نرخ اختلاط سوخت و هوا مشاهده می‌شود. همچنین نتایج نشان می‌دهد حساسیت الگو جریان و نرخ اختلاط سوخت و هوا به تغییر شعاع مانع در مقایسه با تغییر ضخامت آن بیشتر می‌باشد. بر اساس نتایج شبیه‌سازی‌های اختلاط گرم و با توجه به وابستگی نرخ واکنش شیمیایی به نرخ اختلاط آشفتگی، اختلاط‌های سریعتر سوخت و هوا با کاهش طول شعله همراه می‌باشد. از میان هندسه های مختلف مورد بررسی، مانع دیسکی شکل با شعاع 6 میلی‌متر، ضخامت 5 میلی‌متر، و در فاصله مکانی 5 میلی‌متر بعد از دهانه کانال هوا، بهترین نرخ اختلاط را موجب شده‌است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of the influence of burner’s bluff body on air-fuel mixing and reaction

نویسندگان [English]

  • Amin Asefi 1
  • Javad Mahmoudimehr 2
1 Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
2 Faculty of Mechanical Engineering, University of Guilan, Rasht, Iran
چکیده [English]

One of the ways to improve the air-fuel mixing in a gas diffusion flame is to produce targeted vortices and circulate the flow by using a bluff body. In the present study, the influences of the radius, thickness and location of a disk-shaped bluff body on the performance of a methane gas diffusion flame are numerically studied. This investigation is carried out under both cold mixing (without reaction) and hot mixing (with combustion reaction) conditions. The current numerical simulation is verified against available experimental data. The results show the substantial influence of the mentioned parameters on the size and intensity of the downstream vortices, and a direct dependence is observed between the sizes of inner and outer recirculation zones and air-fuel mixing. It is also observed that the sensitivity of the flow pattern as well as the level of air-fuel mixing is more dependent on the bluff body’s radius than its thickness. Based on the hot mixing simulation results and regarding the dependence between the rates of chemical reaction and turbulence mixing, the higher rate of air-fuel mixing is observed to be associated with the decreased flame length. Among the cases investigated, the bluff body with the radius of 6mm, thickness of 5mm and axial location of 5mm away from the air channel exit has resulted in larger downstream vortices and better air-fuel mixing.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Gas diffusion flame
  • Bluff body
  • Air-fuel mixing
  • numerical simulation