جلسه دفاع سمینار دوم دکتری (آقای ابراهیم سلیمی)
موضوع: شبیه سازی و مطالعه اندرکنش امواج صوتی و شعله های آرام و آشفته
ارائه دهنده: ابراهیم سلیمی بابوکانی
استادان راهنما: دکتر محسن دوازده امامی، دکتر احمدرضا پیشه ور
استادان داور: دکتر محسن ثقفیان، دکتر ایمان چیت ساز، دکتر جواد محمودی مهر
چکيده
ناپایداری ترموآکوستیک، به ناپایداری احتراق حاصل از اندرکنش امواج صوتی و شعله اطلاق می شود، که میتواند منجر به خاموشی شعله در مشعلها و محفظه احتراق و تخریب تجهیزات شود. بررسی فیزیک حاکم بر این مسئله و عوامل موثر در کنترل ناپایداری شعله، حائز اهمیت است. در پژوهش حاضر، ابتدا شعله پیش آمیخته آرام متان-هوا به صورت یک بعدی و امواج صوتی با فرکانس 50 الی 50000 هرتز در نظر گرفته شده است. معادلات بقای انرژی، بقای گونه های شیمیایی، معادله حالت و معادله سرعت در فضای یک بعدی شبیه سازی عددی شده است. مکانیزم های مختلف GRI و کاهش یافته آن برای بدست آوردن شعله پایا بدون امواج صوتی و شعله ناپایا با اندرکنش امواج صوتی در نظر گرفته شده است. نرخ گرمای آزاد شده کل برای شعله برحسب فرکانس امواج صوتی تغییر میکند به صورتی که ابتدا روندی افزایشی و سپس کاهشی دارد. نتایج بدست آمده برای نرخ گرمای آزاد شده کل با نتایج محققان دیگر مطابقت خوبی دارد. نرخ گرمای آزاد شده کل متاثر از نرخ گرمای آزاد شده گونه های مختلف شیمیایی است. بنابراین در پژوهش حاضر، اثر هر کدام از گونه های شیمیایی بر نرخ گرمای آزاد شده کل مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به معیار ناپایداری رایلی و نتایج پژوهش حاضر گونه های شیمیایی H2O، CO2 و O2 بیشترین سهم در نرخ گرمای آزاد شده کل را داشته و موجب ناپایداری شعله میشوند. از میان سه گونه شیمیایی ذکر شده، گونه H2O بیشترین تاثیر را در نرخ گرمای آزاد شده کل دارد و مکانیزم شیمیایی مناسب برای مسئله اندرکنش شعله و امواج صوتی، مکانیزمی است که توانایی بهتری در تخمین صحیح نرخ واکنش و غلظت H2O داشته باشد.
مسئلهی اندرکنش امواج صوتی با شعله ی آشفته نیز در پژوهش حاضر بررسی شده است. معادلات ناویر استوکس به همراه معادلات مدل نیمه پیش آمیخته با شبیه سازی گردابه ی بزرگ انجام شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش دامنه امواج صوتی تا حدود 65 درصد، دامنه نرخ گرمای آزاد شده در فرکانس 40 و 160 هرتز حدود 70 درصد افزایش می یابد. تغییر دامنه نرخ گرمای آزاد شده با دامنه امواج صوتی در فرکانس امواج صوتی 40 هرتز، رفتار خطی و در فرکانس 160 هرتز ابتدا رفتار خطی و سپس رفتار غیرخطی دارد. تا هنگامی گردابه ی بزرگی در لایه ی برشی تشکیل نشود، رفتار نرخ گرمای آزاد شده با دامنه امواج صوتی، خطی می باشد و با تشکیل گردابه های بزرگ در فرکانس 160 هرتز، رفتار غیر خطی می شود. در اثر اندرکنش شعله و امواج صوتی با دامنه ی بالا و فرکانس هم مرتبه با فرکانس گردابه های لایه برشی، شعله قارچی شکل شده و باعث غیر خطی شدن رفتار دامنه نرخ گرمای آزاد شده می شود. در ناحیه ی غیرخطی، اثر خواص سیال و مقیاس زمانی مسئله، حائز اهمیت است. متغیر بودن خواص سیال شامل لزجت و رسانندگی گرمایی با دما در ناحیه خطی، تاثیر اندک و در ناحیه غیرخطی تاثیر قابل توجه در نتایج دارد. همچنین مقیاس زمانی احتراقی از مرتبه 10-5 ثانیه، کوچکترین مقیاس زمانی مسئله بوده و برای حصول نتایج با دقت بالا، نیاز است گام زمانی حداقل یک مرتبه کوچکتر از مقیاس زمانی احتراقی انتخاب شود.
کلمات کليدی: اندرکنش شعله و امواج صوتی، شبیه سازی عددی، ناپایداری ترموآکوستیک، معیار ناپایداری رایلی، شبیه سازی گردابه ی بزرگ.