عنوان پایان‌نامه
توسعه یک روش بولتز من شبکه ای جهت شبیه سازی دوفاز احتراق یک قطره سوخت
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3628;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81406;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3628;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 81406
- تاریخ دفاع
- ۱۱ تیر ۱۳۹۶
- دانشجو
- مصطفی اشنا
- استاد راهنما
- محمدحسن رحیمیان
- چکیده
- احتراق قطرات به عنوان یک شکل از احتراق دوفاز در بسیاری از فرآیندهای صنعتی و حتی دستگاه هایی که مورد استفاده روزانه ما قرار می گیرند اتفاق می افتد. مدل سازی احتراق این قطرات می تواند درک ما را از فرآیند و همچنین کنترل احتراق افزایش دهد. مدل های بولتزمن شبکه ای موجود برای شبیه سازی احتراق، تنها احتراق تک فاز را مدل کرده اند از طرف دیگر مدل های بولتزمن شبکه ای دوفاز موجود نیز برای حالت های هم دما و چگالی ثابت توسعه داده شده اند و مدل بولتزمنی برای شبیه سازی احتراق دوفاز موجود نیست. در تحقیق حاضر برای اولین بار یک مدل بولتزمن دوفاز برای شبیه سازی احتراق قطرات مایع به عنوان مقدمه ای برای شبیه سازی اسپری ها ارائه شده است. مدل ارائه شده تغییر فاز و احتراق را با لحاظ کردن تغییرات چگالی و سایر خواص فاز گازی که ناشی از واکنش شیمیایی احتراق است، مدل می کند. مدل سازی تبخیر سوخت مایع از سطح قطره با اضافه کردن جملات چشمه جرمی به مدل دوفاز انرژی آزاد صورت گرفته است. با اعمال تخمین عدد ماخ کوچک به معادلات ناویراستوکس و انرژی ، جملات چشمه ممنتم و انرژی و همچنین تغییرات چگالی و تشعشع غیر نورانی را به این معادلات اضافه کرده ایم. یک اسکالر غیرفعال، معادله بقاء اجزاءشیمیایی و واکنش شیمیایی احتراق را مدل می کند. احتراق می تواند بصورت یک واکنش کلی با سرعت نامحدود و یا با سرعت محدود و یا به صورت مکانیزم کاهش یافته چند معادله ای مدل شود. برای صحت سنجی مدل، احتراق تک فاز جت نفوذی متان توسط مکانیزم واکنشی چند معادله ای و احتراق دوفاز قطرات هپتان، دکان و بوتانل توسط یک معادله واکنشی، شبیه سازی شده اند. نتایج شبیه سازی احتراق دوفاز، تطابق خوبی با داده های تجربی و عددی دیگر دارند. بنابراین مدل حاضر می تواند پایه مناسبی برای مدل سازی احتراق اسپری ها به روش بولتزمن شبکه ای باشد. واژه‌های کلیدی: بولتزمن شبکه ای، دوفاز، احتراق، شعله نفوذی، برخورد قطرات
- Abstract
- Combustion of fuel sprays are used in most of industrial and non-industrial combustive devices. These sprays are made of collection of individual fuel droplets dispensed into combustion chamber. Investigation of the combustion mechanism of these individual droplets is fundamental for study of fuel sprays. The available lattice Boltzmann models for combustion are focused on single-phase flow combustion, on the other hand, the lattice Boltzmann two-phase flow models assume a constant density for both liquid and gas phases. To pave the way towards simulation of spray combustion, we propose a two-phase lattice Boltzmann method for modeling combustion of liquid fuel droplets. The phase change and combustion are modeled by taking into account the density variation in the gas phase and accounting for the chemical reaction based on the Cahn-Hilliard free-energy approach. Evaporation of liquid fuel is modeled by adding a source term, which is due to the divergence of the velocity field being significant, in the continuity equation. The low-Mach-number approximation in the governing Navier-Stokes and energy equations is used to incorporate source terms due to heat release from chemical reactions, density variation, and nonluminous radiative heat loss. Additionally, the conservation equation for chemical species is formulated by including a source term due to chemical reaction. To validate the model, we consider the combustion of n-heptane, n-butanol and n-decane droplets in stagnant air using overall single-step reactions. The diameter history and flame standoff ratio obtained from the proposed lattice Boltzmann method are found to be in good agreement with available numerical and experimental data. The present lattice Boltzmann scheme is believed to be a promising approach for modeling spray combustion. Keywords: lattice Boltzmann, two-phase flow, combustion, droplet, diffusion flame
