خرید و دانلود نسخه کامل کتاب Numerical Investigation of Turbulent Nonpremixed Methane-air Flames

توضیحاتی در مورد کتاب

احتراق آشفته یک پدیده مهم در کاربردهای صنعتی مانند توربین های گازی، موتورهای دیزلی، مشعل های کم NOx، موتورهای جرقه زنی و کوره ها است. بهبود اغلب ضروری است، زیرا برنامه های کاربردی باید موثر، اقتصادی و تمیز باشند. بنابراین، درک بهتر احتراق آشفته مورد نیاز است. شبیه‌سازی‌های عددی، به اصطلاح دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)، به بهینه‌سازی و بهبود کاربردها در جریان‌های واکنش‌دهنده کمک می‌کنند. در مقایسه با مطالعات تجربی، CFD نسبتا ارزان است. اگرچه شبیه‌سازی کامل یک جریان واکنش آشفته، که شامل همه پدیده‌های فیزیکی می‌شود، در حال حاضر امکان‌پذیر نیست، راه‌حل‌های CFD می‌توانند تحلیل مقیاس دستگاه و طراحی بسیاری از کاربردهای احتراق صنعتی جدید را تسهیل کنند. مطالعه احتراق آشفته از نظر علمی و عملی حائز اهمیت است. استفاده از مدل‌های عددی برای کاربردهای صنعتی ابتدا با یک چرخه پیوسته از “درک اصول احتراق”، “توسعه مدل”، “پیاده‌سازی مدل‌ها در شبیه‌سازی عددی” و “اعتبارسنجی نتایج عددی با اندازه‌گیری‌های تجربی انجام می‌شود. ‘. هنگام اعتبارسنجی مدل های عددی، تنظیمات شعله ساده مورد نیاز است. این واقعیت اهمیت مطالعه عددی و تجربی جریانهای جت آشفته را به ارمغان می آورد. تحقیقات احتراق آشفته را می توان به دو دسته تقسیم کرد: احتراق غیر پیش مخلوط و احتراق پیش مخلوط. به طور کلی، رویکردهای مدل سازی متفاوتی برای مقابله با هر دسته احتراق مورد نیاز است. نسل جدید سیستم‌های احتراق کم آلاینده/مصرف سوخت کم با مفهوم ترکیبی دو دسته احتراق مشخص می‌شوند که احتراق آشفته نیمه پیش مخلوط نامیده می‌شود. به عنوان مثال، سیستم های احتراق پیش مخلوط ناب برای کاهش انتشار NOx در محفظه های احتراق توربین گاز و موتورهای جرقه ای تزریق مستقیم بنزین برای کاهش مصرف سوخت در شرایط نیمه پیش مخلوط کار می کنند. این کار به مدل‌سازی احتراق آشفته غیرپیش‌آمیخته و نیمه پیش‌آمیخته می‌پردازد. دو مدل رایج احتراق غیرمخلوط عبارتند از مدل‌های معادله انتقال تابع چگالی احتمال (PDF) و مدل‌های شعله‌ای آرام. این مدل ها مزایا و معایب خاص خود را دارند. مدل‌های معادله انتقال PDF این مزیت مهم را دارند که عبارت منبع شیمیایی به شکل بسته ظاهر می‌شود. علاوه بر این، توزیع های آماری متغیرهای اسکالر توسط توزیع های احتمال محاسبه شده به دست می آیند. مدل‌های شعله‌دار آرام دارای مزیت جفت شدن قوی بین واکنش شیمیایی و انتقال مولکولی هستند. احتراق غیر پیش مخلوط بسته به ساختار شعله به رژیم های مختلف طبقه بندی می شود. در ارزیابی رژیم کاربرد، مدل‌های معادله حمل و نقل PDF و مدل‌های شعله‌دار آرام از هم جدا هستند. از آنجایی که اصطلاح انتقال مولکولی نیاز به مدل سازی در معادله انتقال PDF دارد، همبستگی آماری دقیق بین فعالیت شیمیایی و حمل و نقل مولکولی در مدل های معادله انتقال PDF در نظر گرفته نمی شود. این یک محدودیت برای مدل است. بنابراین، مدل‌های معادله انتقال PDF تنها زمانی معتبر هستند که اختلاط آشفته همچنان به اندازه کافی شدید باشد تا تشکیل ساختارهای منسجم با سینتیک شیمیایی مرتبط را مهار کند. از سوی دیگر، هنگامی که شدت تلاطم کاهش می یابد، برهمکنش بین واکنش شیمیایی و انتقال مولکولی اهمیت پیدا می کند. این رژیم را رژیم شعله انداز می نامند و مدل های شعله ور آرام برای این رژیم معتبر هستند. به نظر می رسد امیدوارکننده ترین رویکرد در این راستا، گسترش روش های PDF است که به درستی جفت بین واکنش و انتقال مولکولی در رژیم شعله ای را توضیح می دهد. بنابراین، کار حاضر بر یک مفهوم جدید متمرکز شده است، که دو نوع رایج از مدل‌های احتراق غیرمخلوط را ترکیب می‌کند: مدل‌های معادله حمل و نقل PDF ترکیبی اویلری و مدل‌های شعله‌ای آرام گذرا. مدل جدید – مدل TLFM/PDF جفت شده – با هدف ترکیب مزایای هر دو مدل، در حالی که از معایب آنها اجتناب می کند. مصالحه در اینجا این است که اسکالر حفظ شده – کسر مخلوط – را با معادله انتقال PDF حل کنیم و از استفاده از اشکال PDF فرضی مانند مدل‌های شعله‌های آرام اجتناب کنیم. نرخ اتلاف اسکالر، متغیر پیشرفت واکنش و مقیاس زمانی آشفته دیگر پارامترهای تعیین کننده هستند که محاسبه می شوند. سپس، متغیرهای ترموشیمیایی. مانند دما و کسر جرمی گونه ها از کتابخانه های شعله های گذرا خوانده می شود. کتابخانه های flamelet برای همبستگی شیمی و انتقال مولکولی در نظر می گیرند. نرخ اتلاف اسکالر خاموشی را تعیین می‌کند و متغیر پیشرفت واکنش شرایط نیمه‌پیش‌آمیخته را تعیین می‌کند. مرحله اول مطالعه، بهبود مدل شعله‌های آرام گذرا Ferreira (ETH، زوریخ) و اعتبارسنجی مدل معادله انتقال PDF با 4- بود. مکانیسم کاهش گام این مطالعات برای شعله های جت آزمایشی، که شعله های آتش هدف یک کارگاه بین المللی هستند، اعمال می شود. سرعت، کسر مخلوط، دما و کسر جرمی گونه ها ارزیابی می شود. مرحله دوم اعتبارسنجی مدل جدید، -مدل TLFM/PDF جفت شده- برای همان مورد آزمایشی و مقایسه با مدل‌های موجود بود که در بالا ذکر شد. قابلیت های هر مدل، مزایا و معایب آن ها خلاصه می شود. یک مطالعه اضافی، مطالعه عددی یک شعله جت مخالف با مدل معادله انتقال PDF بود.