احتراق غیر پیش آمیخته، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (احتراق غیر پیش آمیخته)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی احتراق غیر پیش آمیخته (non-premixed combustion) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

در این پروژه، یک محفظه احتراق دو بعدی طراحی شده است که در آن جریان هوا و جریان سوخت به طور همزمان از دو ورودی مختلف با دبی متفاوت وارد می‌شود.

فرآیند احتراق زمانی اتفاق می‌افتد که مقداری هوا با مقداری سوخت هیدروکربنی ترکیب می‌شود تا انرژی سوخت را به انرژی گرمایی تبدیل کند. پس از احتراق، محصولات حاصل از واکنش‌های شیمیایی از محفظه احتراق خارج می‌شوند.

جریان هوا (شامل N₂ با کسر جرمی 0.767 و O₂ با کسر جرمی 0.233) در دمای 300 کلوین و دبی جرمی 1.19 کیلوگرم بر ثانیه و جریان سوخت (شامل CH₄ با کسر جرمی 1) در دمای 300 کلوین و دبی جرمی 0.019 کیلوگرم بر ثانیه از طریق دو ورودی مجزا و مستقل وارد محفظه احتراق می‌شود تا واکنش شیمیایی احتراق را تشکیل بدهد.

هندسه مدل حاضر صه صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) ترسیم شده است. سپس مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) مش بندی شده است. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 11202 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در این شبیه‌سازی عددی، از مدل گونه‌ها (species model) برای مدل‌سازی احتراق و واکنش شیمیایی استفاده شده است. برای تعریف ترکیب این گونه‌ها، از مدل غیر پیش آمیخته (non-premixed) استفاده شده است.

در این نوع احتراق، سوخت و اکسید کننده از طریق مسیرهای جداگانه وارد منطقه واکنش محفظه احتراق می‌شوند. آنها قبل از ورود کامل به محفظه احتراق مخلوط یا پیش آمیخته نمی‌شوند.

مدل احتراق غیر پیش آمیخته (non-premixed combustion)، کسر مخلوط (mixture fraction) را تعریف می‌کند، که نشان‌دهنده کسر جرمی حاصل از جریان سوخت است. به عبارت دیگر، کسر مخلوط معادل کسر جرمی محلی عناصر جریان سوخت (مانند C ،H و غیره) در گونه‌های مختلف (مانند CO₂ ،H₂O ،O₂ و غیره) است.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی مربوط به فشار، دما، سرعت، چگالی و کسر جرمی O₂ ،CH₄ ،H₂O ،CO₂ ،N₂ ،CO و C₂H₆ به دست می‌آیند. همچنین، مسیرهای جریان (pathline) دو بعدی داخل محفظه به دست آمده است.

نتایج نشان می‌دهد که واکنش احتراق به درستی در داخل محفظه احتراق رخ داده است. در نتیجه واکنش احتراق بین واکنش دهنده‌ها (سوخت متان و جریان هوا)، محصولات حاصل از واکنش مانند CO ،CO₂ ،H₂O و غیره تولید می‌شود.