جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای محمدمهدی عطارزاده)

فارسی

موضوع: شبیه­ سازی شعله غیر پیش ­مخلوط با استفاده از منیفولد تولید شده به روش فلیملت غیرآدیاباتیک
ارائه دهنده: محمد مهدی عطارزاده جوزدانی
استاد راهنما: دکتر محسن دوازده­ امامی
استاد مشاور: دکتر محمود اشرفی ­زاده
استادان داور: دکتر علی­اکبر عالم ­رجبی، دکتر ایمان چیت­ ساز
چکیده
علی‌رغم اقبال جهانی به انرژی‌های نو با آلایندگی کم‌تر، هنوز هم احتراق جایگاه ویژه‌ای در تامین انرژی و صنایع نیروگاهی و هم‌چنین حمل‌و‌نقل خصوصا تجهیزات هوایی دارد. با وجود این‌که پژوهش‌های زیادی بر روی بحث احتراق و بهبود راندمان آن مطرح شده‌است، مباحث زیست محیطی احتراق هم‌چنان جزو موضوعاتی است که توجه پژوهشگران زیادی به آن معطوف شده‌است. لذا به منظور کاهش آلاینده‌های احتراق، پیش‌بینی غلظت آلاینده‌های ناشی از احتراق امری ضروری به نظر می‌رسد. با توجه به این که بسیاری از مشعل‌های صنعتی در رژیم مغشوش عمل می‌کنند و این‌که اغتشاش جریان و هم‌چنین اغتشاشات موجود در احتراق بر هم اثر متقابل دارند، بنابراین در یک مسئله احتراق مغشوش باید اغتشاش جریان، اغتشاشات موجود در احتراق و اثرات متقابل این دو بر هم در نظر گرفته شود. در این پژوهش برای اغتشاش جریان، مدل توربولانسی استاندارد، برای احتراق و واکنش‌های شیمیایی، مدل فلیملت آرام و  برای بررسی اندرکنش توربولانس و احتراق استفاده از توابع دانسیته احتمال در قالب مدل فلیملت در نظر گرفته‌شده‌است. مدل فلیملت یک مدل احتراقی با در نظر گرفتن نرخ واکنش‌ شیمیایی محدود است که در مسائلی که زمان مشخصه انجام واکنش‌های شیمیایی بسیار کم‌تر از زمان مشخصه جریان است، دارای دقت به نسبت بالا در عین زمان محاسباتی پایین است. در این‌ پژوهش، معادلات مدل فلیملت آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک به صورت کد UDF به زبان C تدوین شده‌است. از لوازم حل با مدل فلیملت، تولید یک پایگاه داده با حل یک شعله یک یا دو‌بعدی آرام قبل از انجام شبیه‌سازی اصلی به صورت پیش‌پردازش است. در پژوهش حاضر فلیملت مورد استفاده برای بررسی مدل فلیملت آدیاباتیک با استفاده از نرم‌افزارهای کمکین و کانترا در مختصات فیزیکی و نرم‌افزار فلوئنت در مختصات کسر مخلوط تولید شده‌است. در مدل فلیملت آدیاباتیک، پس از حل معادلات انتقال برای شعله آرام و تولید فلیملت، با در نظر گرفتن اثر نوسانات و انتگرال‌گیری و استفاده از توابع دانسیته احتمال برای کسر مخلوط و نرخ‌ استهلاک اسکالر کتابخانه‌‌ای تولید می‌شود که در این کتابخانه کمیت‌های ترموشیمیایی به صورت تابعی از متوسط کسر مخلوط، واریانس آن و متوسط نرخ استهلاک اسکالر بیان می‌شود. پس از تولید کتابخانه، به منظور شبیه‌سازی شعله مغشوش مورد نظر، در هر تکرار علاوه بر معادلات انتقال رایج در مسائل سیالات، معادلاتی نیز برای کسر مخلوط متوسط، واریانس کسر مخلوط و متوسط نرخ استهلاک اسکالر حل می‌گردد که پس از محاسبه این سه کمیت، دما و کسر جرمی گونه‌ها در هر سلول محاسباتی در دامنه با میانیابی با استفاده از این سه کمیت محاسبه می‌شود و این سیکل تا رسیدن به همگرایی ادامه خواهد داشت. درشبیه‌سازی شعله مغشوش در برخی از شعله‌ها به دلیل اهمیت یافتن اثرات انتقال حرارت از شعله و یا دیواره‌های محفظه احتراق، استفاده از مدل فلیملت غیرآدیاباتیک توسط محققین پیشنهاد شده‌است. در این پژوهش، فلیملت مورد استفاده در مدل فلیملت غیرآدیاباتیک در نرم‌افزار کانترا و با در نظر گرفتن اثر تلفات حرارتی بر توزیع دما در دامنه مسئله با کمک متغیری به نام نقصان انتالپی تولید شده‌است. همانند مدل فلیملت آدیاباتیک، برای حل به کمک مدل فلیملت غیرآدیاباتیک نیز باید یک کتابخانه برای میانیابی کمیت‌های ترموشیمیایی از آن تشکیل شود که این‌بارمتغیر‌های مستقل این جدول، یکی بیشتر از متغیرهای جدول کتابخانه آدیاباتیک است و آن متغیر اضافه، متوسط نقصان انتالپی است که در هر حلقه تکرار، با حل معادله انرژی و محاسبه تفاضل مقدار انتالپی هر سلول با مقدار انتالپی آدیاباتیک به دست می‌آید. در این پژوهش، هر دو مدل فلیملت آدیاباتیک و غیرآدیاباتیک با دقت قابل قبولی توانایی پیش‌بینی دما و کسر جرمی گونه‌های شیمیایی را دارا هستند و با توجه به این‌که کاهش خطای محاسبه دما در مقطع 26/0 به میزان 9%  و آن هم فقط در نزدیکی محور تقارن شعله بر اثر استفاده از مدل فلیملت غیرآدیاباتیک در مقایسه با هزینه محاسباتی که باید برای میان‌یابی کمیت‌های ترموشیمیایی با استفاده از چهار متغیر، که تقریبا 20 برابر زمان مورد نیاز برای شبیه‌سازی با مدل فلیملت آدیاباتیک است، پرداخت، قابل چشم‌پوشی است؛ پیشنهاد می‌شود که در مسائلی که میزان تلفات حرارتی از شعله بالا نیست، از مدل فلیملت آدیاباتیک استفاده شود.
کلمات کلیدی: احتراق، مدل فلیملت آرام، غیرپیش‌مخلوط، شعله بلاف‌بادی، غیرآدیاباتیک

مکان: 

سمینار 1 دانشکده مهندسی مکانیک

تاریخ: 

شنبه, 5 بهمن, 1398 - 13:30

نوع رویداد: 

سمینار علمی

عکس: 

ارتقاء امنیت وب با وف ایرانی