Skip to main content
SUPERVISOR
Mahmud Ashrafizadeh,Mohsen DavazdahEmami
محمود اشرفی زاده (استاد مشاور) محسن دوازده امامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Ali Tavassoly
علی توسلی فرشه

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Numerical Simulation of Turbulent partially Premixed Flames
Industrial flames based on the type of mixing of fuel and oxidizer divide into two type, premixed and non-premixed (diffusion). In premixed flames fuel and air mix before combustion but in diffusion flames fuel and air mix in the surface of flame. Premixed flames have more combustion efficiency and less pollutant but because of probability of explosion, in more combustion equipment non-premixed flames are in used. For use of premium of both premixed and diffusion flames , partially premixed flames can used, in a way that some of air add to fuel before combustion (primary air) and next of air add in surface of flame (secondary air). Moreover, in many industrial cases such as entrance of air in premixed flames, lifted diffusion flames, rich and lean premixed flames, local quenching of diffusion flames, autoignition in nonhomogenous distribusion of fuel and oxidizer, flames stabilized with swirl of hot gases, spray combustion, and etc partially premixed combustion happen. So use of a partially premixed model for simulation of this flames is necessary. In this thesis partially premixed models for simulation of industrial flames are used and effect of entrance of air and lift-off height are investigated. For simulation of partially premixed combustion merging of zimont combustion model (that is a premixed flamelet model based on the progress variable and flamelet or equilibrium combustion models based on the mixture fraction concept (that are diffusion combustion models), is used. For simulation of effect of air entrance, three Bunsen flames that are different in jet velocity, are modeled. In second case for simulation of lift-off height, lifted non-premixed jet flame models. Perfect premixed solution for first case and perfect diffusion solution for second case are performed. In all cases results are compared with previous experimental and numerical works. On attention the results, use of partially premixed models for above cases is necessary and perfect premixed and perfect diffusion models are not able to simulate that effects. Because of the stochiometric condition of simulated Bunsen flames, equilibrium and flamelet models are in some difference but in the case of lifted flame, difference between equilibrium and flamelet models is noticible. The used partially premixed models in the case of Bunsen flame present good results even compare level set model that is an advanced model. In the case lifted flame, that partially premixed model does not simulate stability mechanism perfectly and so predict the lift-off height lower from experiment. Key Words Partially primed flames, premixed flames, non-premixed (diffusion) flames, entrance of air, lifted flame, zimont model, diffusion flamelet model, equilibrium model.
شعله های صنعتی را از نظر نوع اختلاط سوخت و هوا می توان به دو نوع شعله های پیش مخلوط و غیر پیش مخلوط (دیفیوژن) تقسیم کرد. در شعله های پیش مخلوط سوخت و هوا قبل از احتراق با یکدیگر مخلوط می شوند و در شعله های غیر پیش مخلوط، سوخت و هوا در سطح شعله با یکدیگر مخلوط می شوند. شعله های پیش مخلوط دارای راندمان احتراقی بیشتر و آلاینده های کمتر می باشند اما به دلیل احتمال انفجار در بیشتر تجهیزات صنعتی از شعله های غیر پیش مخلوط استفاده می شود. برای استفاده از مزایای هر دو شعله پیش مخلوط و غیر پیش مخلوط می توان از شعله های جزئی پیش مخلوط استفاده کرد بدین صورت که مقداری از هوا قبل از فرایند احتراق به سوخت اضافه می شود (هوای اولیه) و بقیه هوا در سطح شعله به آن اضافه می شود (هوای ثانویه). علاوه بر این، دربسیاری از موارد صنعتی مانند نفوذ هوا در شعله پیش مخلوط، شعله غیرپیش مخلوط بالارونده، شعله های پیش مخلوط غنی و فقیر، خاموشی محلی شعله های غیرپیش مخلوط، اشتعال خودبه خودی درتوزیع غیرهمگن سوخت و اکسنده، شعله های پایدارشده با چرخش گازهای داغ، احتراق اسپری، احتراق جزئی پیش مخلوط داریم. به صورت کلی تر هرگاه مخلوط سوخت و اکسنده غیرهمگن باشد احتراق جزئی پیش مخلوط داریم. با توجه به موارد فوق شعله های جزئی پیش مخلوط کاربرد صنعتی زیادی دارند بطوریکه بسیاری از شعله های صنعتی به صورت جزئی پیش مخلوط اند و شعله پیش مخلوط یا دیفیوژن خالص کمتر داریم. برای شبیه سازی این شعله ها و برای آنکه بتوان اثر پدیده های ذکر شده فوق را مدل کرد باید از یک مدل جزئی پیش مخلوط استفاده کنیم. بنابراین مطالعه و شبیه سازی شعله های جزئی پیش مخلوط ضرورت دارد. دراین پایان نامه از مدل های احتراقی جزئی پیش مخلوط برای شبیه سازی شعله های صنعتی استفاده می شود و اثر نفوذ هوا و ارتفاع بالاروندگی بررسی می شوند. برای شبیه سازی احتراق جزئی پیش مخلوط از ترکیب مدل احتراقی زیمنت (که یک مدل فلیملت پیش مخلوط بر مبنای متغیر پیشرفت واکنش است) و مدل احتراقی تعادلی و فلیملت بر مبنای کسر مخلوط (که از مدلهای شعله دیفیوژن می باشند) استفاده می شود. برای شبیه سازی اثر نفوذ هوا، سه شعله بنسن مختلف که در سرعت جت ورودی متفاوت می باشند، مدل می شوند. در حالت دوم برای شبیه سازی ارتفاع بالاروندگی، شعله غیر پیش مخلوط جت بالارونده مدل می شود. حل پیش مخلوط کامل برای حالت اول و دیفیوژن کامل برای حالت دوم انجام می شود. در همه حالات نتایج با کارهای تجربی و عددی قبلی مقایسه می شود. با توجه به نتایج عددی بدست امده استفاده از مدل جزئی پیش مخلوط برای موارد فوق ضروری است و مدل پیش مخلوط و دیفیوژن کامل قادر به شبیه سازی اثرات فوق نمی باشند. مدل جزئی پیش مخلوط استفاده شده در مورد شعله بنسن پیشگویی خوبی را حتی در مقایسه با مدل سطح مبنا که یک مدل پیشرفته تر است ارائه می دهد. در مورد شعله بالارونده مدل فوق مکانیزم پایداری را به طور کامل شبیه سازی نمی کند و مقدار ارتفاع بالاروندگی کمتر از نتایج تجربی پیش گویی می شود. کلمات کلیدی شعله های جزئی پیش مخلوط، شعله های پیش مخلوط، شعله های غیرپیش مخلوط(دیفیوژن)، نفوذ هوا، شعله بالارونده، مدل زیمنت، مدل فلیملت دیفیوژن، مدل تعادلی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی