پیش‌بینی آلاینده در محفظه احتراق، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (آلاینده)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی پیش‌بینی آلاینده در محفظه احتراق با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

احتراق نتیجه یک فرآیند شیمیایی بین مواد قابل احتراق و یک عامل اکسید کننده که مرتبط با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد خام است. گرما را می‌توان با تولید نور به شکل شعله یا تابش آزاد کرد. سوخت‌های فسیلی معمولاً از ترکیبات آلی به شکل گاز، مایع یا جامد ساخته می‌شوند.

همان‌طور که در بالا ذکر شد، سوزاندن نوعی واکنش اکسیداسیون است. با این حال، به دلیل سرعت بالای واکنش احتراق که منجر به تولید گرمای زیاد در مدت زمان کوتاه و افزایش دمای محیط و ایجاد نور و شعله می‌شود، در یک دسته بندی خاصی قرار می‌گیرد. در این پروژه قصد داریم تا به بررسی پیش‌بینی آلاینده در یک محفظه احتراق بپردازیم.

در این پروژه، یک واکنش احتراق در داخل یک محفظه احتراق توسط نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی شده است. مخلوط زغال سنگ فرار در حالت گازی وارد محفظه احتراق می‌شود و با جریان هوای با دمای بالا (1623 کلوین) مخلوط می‌شود. درنتیجه، فرآیند احتراق انجام می‎‌شود.

این فرآیند همچنین منجر به تولیدات مختلفی از جمله چند آلاینده‌ مانند NOx ،SOx و غیره می‌شود که در این پروژه مورد تجزیه و تحلیل قرار می‌گیرد.

هندسه این مدل با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) طراحی شده است. سپس مش بندی مدل با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام شده است. مش بندی مدل از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و و تعداد 508367 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

معادله انرژی (energy equation) برای تحلیل حرارتی فعال می شود. مدل توربولانسی استاندارد K-epsilon standard برای تجزیه و تحلیل آشفتگی مخلوط استفاده می‌شود و تابع دیوار استاندارد (standard wall function) برای نواحی نزدیک دیواره‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.

مدل انتقال گونه‌ها (species transport) برای تجزیه و تحلیل فرآیند احتراق استفاده می‌شود. روش اتلاف گردابه‌ای (finite rate Eddy Dissipation) با سرعت محدود برای بررسی برهم‌کنش شیمیایی- توربولانسی واکنش دهنده‌های احتراق استفاده شده است.

همچنین مدل‌های NOx SOx و دوده فعال می‌شوند و از دیدگاه جبری برای حالت اندرکنش آشفتگی استفاده شده است. از معادله گاز ایده آل (ideal gas) نیز برای تعیین تغییرات چگالی ناشی از تغییرات دما استفاده شده است.

نتایج

هنگام مقایسه دو کانتور دما و کسر جرمی (mass fraction) NO، به راحتی می‌توان مشاهده کرد که آلاینده NOx بیشتر در نواحی تولید می‌شود که شعله بالاترین دمای خود را دارد. یکی از راه‌های کاهش تولید این آلودگی، کاهش دمای موثر احتراق و شعله است.

البته لازم به ذکر است که کاهش دمای شعله باعث افزایش میزان دوده تولید شده در نزدیکی لبه‌های پیشروی شعله می‌شود.