علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بررسی عددی پاسخ شعلة آرام پیش‌مخلوط مخروطی شکل به نوسان‌های صوتی

نویسندگان
دانشکدة مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
دینامیک شعلة مخروطی پیش‌مخلوط آرام در میدان صوت به روش عددی بررسی شد. احتراق متان و هوا به وسیلة یک واکنش یک‌مرحله‌ای و یک‌طرفه شبیه‌سازی و پدیدة نفوذ با روشی ساده، اما کارآمد محاسبه شد. ابتدا، شعله به صورت پایا مدل‌سازی و از صحت پارامترهای مربوط به آن اطمینان حاصل شد. انگیزش صوتی با نوسان دادن سرعت ورودی حول مقدار متوسط آن به جواب حالت پایا اعمال گردید. پس از سپری شدن لحظات گذرای اولیه، میزان تولید حرارت شعله با همان بسامد اجباری به نوسان درآمد. تابع پاسخ در بسامدها و شدت انگیزش‌های مختلف، هم از نظر اندازه و هم فاز، با نتایج تجربی تطابق خوبی دارد. شعله با اعمال نوسان درست مانند آزمایش‌ها چروکیده شده و برآمدگی‌هایی که به لبه‌های تیز تبدیل می‌شوند با سرعت جریان از پایین شعله به سمت نوک مخروط حرکت می‌کنند. 
کلیدواژه‌ها

 
[1] Chatterjee, P. and et al., “On the Spectral Characteristics of a Self-Excited Rijke Tube Combustor-Numerical Simulation and Experimental Measurements,” Journal of Sound and Vibration, Vol. 283, Issue 3-5, 2005, pp. 573-588.
[2] Poinsot, T. and Veynante, D., Theoretical and Numerical Combustion, Edwards, 2001.
[3] Kopitz, J. and Polifke, W., “CFD-Based Application of the Nyquist Criterion to Thermo-Acoustic Instabilities,” Journal of Computional Physics, Vol. 227, Issue 14,2008, pp. 6754-6778.
[4] Bourehla, A. and Baillot, F., “Appearance and Stability of a Laminar Conical Premixed Flame Subjected to an Acoustic Perturbation,” Combustion and Flame, Vol.114, No. 3-4, 1998, pp. 303-318.
[5] Ducruix, S., Durox, D. and Candel, S., “Theoretical and Experimental Determinations of the Transfer Function of a Laminar Premixed Flame,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28, Issue 1, 2000, pp. 765-773.
[6] Schuller, T., Ducruix, S., Durox, D. and Candel, S., “Modeling Tools for the Prediction of Premixed Flame Transfer Functions,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 29, Issue 1, 2002, pp. 107-113.
[7] Schuller, T., Durox, D. and Candel, S., “A Unified Model for the Prediction of Laminar Flame Transfer Functions: Comparisons between Conical andV-flame Dynamics,” Combustion and Flame, Vol. 134, No. 1-2,2003, pp. 21-34.
[8] Birbaud, A. L., Durox, D. and Candel, S., “Upstream Flow Dynamics of a Laminar Premixed Conical Flame Submitted to Acoustic Modulations,” Combusion and Flame, Vol. 146, No. 3, 2006, pp. 541-552.
[9] Durox, D., Schuller, T., Noiray, N. and Candel, S., “Experimental Analysis of Nonlinear Flame Transfer Functions for Different Flame Geometries,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 32, Issue 1, 2009, pp. 1391-1398.
[10] Karimi, N., Brear, M. J., Jin, S. H. and Monty, J.P.,“Linear and Non-linear Forced Response of a Conical, Ducted, Laminar Premixed Flame,” Combustion and Flame, Vol. 156, Issue 11, 2009, pp. 2201-2212.
[11] Akkerman, V., Bychkov, V., Petchenko, A. and Eriksson, L. E., “Flame Oscillations in Tubes with Nonslip at the Walls”, Combustion and Flame, Vol. 145, No. 4, 2006, pp. 675 – 687.
[12] Bychkov, V., Akkerman, V., Fru, G., Petchenko, A. and Eriksson, L. E., “Flame Acceleration in the Early Stages of Burning in Tubes,” Combustion and Flame, Vol. 150, No.4, 2007, pp. 263–276.
[13] Kuo, K. K., Principles of Combustion, John Wiley & Sons, 2003.
[14] Turns, S. R., An Introduction to Combustion, 2nd Edition, Mcgraw Hill, 2000.
[15] Smooke, M. D., Reduced Kinetic Mechanisms and Asymptotic Approximations for Methane-Air Flames, Springer-Verlag, 1991.
[16] Claramunt, K., Cònsul, R., Pérez-Segarra, C. D. and Oliva, A., “Multidimensional Mathematical Modeling and Numerical Investigation of Co-flow Partially Premixed Methane/air Laminar Flames,” Combusion and Flame, Vol. 137, No. 4, 2004, pp. 444–457.
[17] Kim, N. I. and Maruta, K., “A Numerical Study on Propagation of Premixed Flames in Small Tubes,” Combustion and Flame, Vol. 146, No. 1-2, 2006, pp. 283–301.
[18] Kim, N. I, “Effect of an Inlet Temperature Disturbance on the Propagation of Methane–air Premixed Flames in Small Tubes,” Combustion and Flame, Vol. 156, No. 7, 2009, pp. 1332-1338.
[19] Mazas, A. N., Fiorina, B., Lacoste, D. A. and Schuller, T., “Effects of Water Vapor Addition on the Laminar Burning Velocity of Oxygen-Enriched Methane Flames,”Combustion and Flame, Vol. 158, No. 12, 2011, pp. 2428-2440.
[20] Law, C. K., Jomaas, G. and Bechtold, J. K., “Cellular Instabilities of Expanding Hydrogen/Propane Spherical Flames at Elevated Pressures: Theory and Experiment,”Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 30, 2005, pp. 159-167.
[21] Docquier, N. and et al., “Experimental and Numerical Study of Chemiluminescence in Methane/Air Highpressure Flames for Active Control Applications,” Proceedings of the Combustion Institute, Vol. 28, Issue 2, 2000, pp. 1765-1774.
[22] Bychkov, V. V. and Liberman, M. A., “Dynamics and Stability of Premixed Flames,” Physics Reports, Vol. 325, No. 4-5, 2000, pp. 115-237.
 

  • تاریخ دریافت 19 مرداد 1394
  • تاریخ بازنگری 26 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش 31 فروردین 1395
  • تاریخ اولین انتشار 31 فروردین 1395