انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922Numerical study of the effect of carbon dioxide injection on flame structure in flameless combustion regimeمطالعه عددی تاثیر تزریق دیاکسیدکربن درون اکسیدکننده بر ساختار شعله در رژیم احتراقی بدون شعله126114354FAاسماعیل ابراهیمی فردوییدانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تربیت مدرسکیومرث مظاهریاستاد مهندسی مکانیک/دانشگاه تربیت مدرسJournal Article20200309The aim of the present study is to investigate the effect of carbon dioxide injection on the flame structure using numerical simulation of flameless furnace. Using different amounts of carbon dioxide injection leads to the formation of three air-fuel, oxygen enrich and oxy-fuel combustion modes. Numerical simulations are performed using OpenFoam software. The standard k-εmodel for turbulence modeling and the discrete ordinate model for radiation modeling are used, respectively. Four combustion models based on the eddy dissipation concept model have also been used to validation of combustion model. Studies are performed on temperature distribution, ignition delay, flame color, and hydroxyl radical in order to the investigation of flame structure. The results show that by switching from air-fuel flameless combustion to oxygen enrich and oxy-fuel flameless combustions coupled with the replacement of part or all of the mass fraction of nitrogen with carbon dioxide, the maximum flame temperature is reduced due to higher carbon dioxide heat capacity and active presence in the chemical reactions. Moreover, the presence of carbon dioxide in oxygen enrich and oxy-fuel combustion conditions results in a delayed in ignition process and significantly reduces the concentration of methylene radical, which is the driving factor of visible light. <br />هدف از مطالعه حاضر بررسی تاثیر تزریق دیاکسیدکربن درون اکسیدکننده در احتراق بدون شعله بر روی ساختار شعله با استفاده از شبیهسازی عددی کوره بدون شعله است. استفاده از مقادیر مختلف تزریق دیاکسیدکربن منجربه تشکیل سه احتراق سوخت-هوا، اکسیژن-غنی و سوخت-اکسیژن میشود. شبیهسازیهای عددی با استفاده از نرمافزار اپنفوم انجام شده است. از مدل کی-اپسیلون استاندارد، بهمنظور مدلسازی آشفتگی و از مدل فاز گسسته، بهمنظور مدلسازی تشعشعی، استفاده شده است. همچنین، بهمنظور اعتبارسنجی مدل احتراقی، از چهار مدل برمبنای مدل مفهوم اتلاف گردابه استفاده شده است. بررسیها بر روی توزیع دما، تاخیر در اشتعال، رنگ شعله و تغییرات رادیکال هیدروکسیل برای بررسی ساختار شعله انجام شده است. نتایج نشان میدهند که با انتقال از احتراق سوخت-هوای بدون شعله به احتراق اکسیژن-غنی و سوخت-اکسیژن بدون شعله، که همراه با جایگزینی بخش یا تمام کسر جرمی نیتروژن با دیاکسیدکربن است، بیشینه دمای شعله، بهعلت ظرفیت حرارتی بالاتر دیاکسیدکربن و حضور فعالتر آن در واکنشهای گرماگیر، کاهش مییابد. علاوهبر این، وجود دیاکسیدکربن در شرایط احتراقی اکسیژن-غنی و سوخت-اکسیژن سبب میشود تا فرایند اشتعال با تاخیر همراه شده و از غلظت رادیکال تحریکشده متیلایدین (CH*)، که عامل انتشار نور مرئی است، بهصورت قابل توجهی کاسته شود.https://www.jfnc.ir/article_114354_09a993b82a678ddadb132ccb47eb2c34.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922Numerical study of premixed hydrogen/air combustion characteristics in a converging - diverging micro tubeبررسی تاثیر زاویه همگرایی-واگرایی بر مشخصههای احتراقی مخلوط پیشآمیخته هیدروژن - هوا در یک میکرولوله همگرا – واگرا2743114428FAپویان عباسپوردانشجو، رشته مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهوازعلیرضا علی پوراستادیار، گروه حرارت و سیالات، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه شیراز، شیراز0000-0003-0523-8344یوسف تمثیلیاندانشگاه شهید چمران اهواز، دانشکده مهندسی، گروه مهندسی نفت، گاز و پتروشیمیJournal Article20200229<br /> <br />In the present study, combustion characteristics of premixed hydrogen-air mixture in converging - diverging microtubes were investigated using numerical simulation of combustion process. The purpose is investigation of the effect of inlet velocity and converging-diverging angle on the combustion characteristics consist of maximum flame temperature, flame position, upper flammability limit and flame thickness. Governing equations were considered as three dimensional and transient with detailed chemistry mechanisms. Results showed that inlet velocity affect flame position in the microtube and maximum flame temperature related on the flame position will change. Minimum flame temperature in a specific equivalence ratio were occurred when the flame placed in the converging-diverging section. Inlet velocity and throat section have a direct effect on the flame thickness. Increasing the flame thickness at high inlet velocities for microtubes with low throat diameter causes to blow out a part of the flame. Compared to a microtube with the same dimensions, it was found that making a throat zone in the microtubes causes to increase the upper flammability limit.در مطالعه حاضر، مشخصههای احتراقی مخلوط پیشآمیخته هیدروژن-هوا در میکرولولههای همگرا-واگرا، با استفاده از شبیهسازی عددی فرایند احتراق، بررسی شده است. هدف این پژوهش بررسی تاثیر سرعت جریان ورودی و زاویه همگرایی-واگرایی بر مشخصههای احتراقی شامل بیشینه دمای شعله، موقعیت شعله، حدشعلهوری بالا و ضخامت شعله در قطر در محدوده قطر خاموشی شعله است. معادلات حاکم بهصورت سهبعدی و گذرا درنظر گرفته شدهاند و از مکانیزم شیمیایی جزئی واکنش هیدروژن و هوا استفاده شد. نتایج نشان دادند که سرعت جریان ورودی بر موقعیت شعله درون میکرولوله تاثیر میگذارد و بیشینه دمای شعله متاثر از موقعیت قرارگیری شعله درون میکرولوله تغییر میکند. کمترین دمای شعله در یک نسبت همارزی مشخص زمانی ایجاد میشود که شعله در قسمت گلوگاه قرار گرفته باشد. مشخص شد که سرعت جریان ورودی و قسمت گلوگاه تاثیر مستقیمی بر ضخامت و کشیدگی شعله دارند. افزایش ضخامت و کشیدگی شعله در سرعتهای زیاد، برای میکرولولههای با قطر گلوگاه کم، موجب بیرون زدن قسمتی از ناحیه احتراق از میکرولوله و درنهایت خارج شدن از حد شعلهوری بالا میشود. از مقایسه نتایج با یک میکرولوله با مقطع ثابت و ابعاد مشابه مشخص شد که ایجاد ناحیه گلوگاه در میکرولولهها موجب افزایش حد شعلهوری بالا در آنها میشود.https://www.jfnc.ir/article_114428_d1da27b27b184ade4364e62eccfa6203.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922The numerical simulation and analysis of a prototype scramjet (DLR) in reacting and non-reacting conditionsشبیهسازی و تحلیل عددی یک موتور اسکرمجت نمونه (دی ال ار) در شرایط احتراقی و غیر احتراقی4562118511FAجاماسب پیرکندیعضو هیات علمی / دانشگاه صنعتی مالک اشتر0000000178617471مصطفی محمودیعضو هیات علمی / دانشگاه صنعتی مالک اشترJournal Article20200420In this paper, the combustion process in a prototype scramjet (DLR) is numerically simulated and studied. To that end, the scramjet is initially simulated and validated in the non-reacting condition. The results show that the method used has the ability to predict the fields of velocity and pressure with appropriate accuracy. Then, the same scramjet is simulated and validated for the reacting case by considering one-reaction model. The results of these two simulations illustrates that the maximum distance of subsonic area from the strut is 141 mm in the reacting case while this distance is only 22 mm in the non-reacting case. the waves pass through the jet region with a slight deviation in the non-reacting case while they are reflected after hitting the jet region in the reacting case.the waves pass through the jet region with a slight deviation in the non-reacting case while they are reflected after hitting the jet region in the reacting case.در این مقاله، فرایند احتراق در یک موتور اسکرم جت نمونه (DLR) از دیدگاه عددی شبیه سازی و تحلیل شده است. برای انجام این مدل سازی ابتدا این موتور برای حالت غیراحتراقی شبیهسازی و اعتبارسنجی شده است. نتایج این بخش نشان می دهد که روش استفاده شده توانایی پیشبینی میدانهای سرعت و فشار را با دقت مناسبی دارد. در ادامه مسئله با درنظرگرفتن فرایند احتراق و با درنظرگرفتن یک واکنش شیمیایی شبیهسازی شده است. نتایج حاصل از دو تحلیل انجام شده نشان میدهد که در حالت احتراقی ناحیه فروصوت تا فاصله 141 میلیمتری از پشت مانع ادامه دارد، این در حالی است که برای حالت غیراحتراقی این فاصله تنها 22 میلی متر است. در حالت غیراحتراقی موج ها پس از برخورد با جت با اندکی انحراف از آن عبور می کنند، در حالی که در حالت احتراقی موج ها بعد از برخورد با جت بازتاب داده می شوند.https://www.jfnc.ir/article_118511_40662d3368fa22c428d4739d8855e6fc.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922Experimental study of the effects of low swirl injector blockage ratio on stability limits and combustion regimes of natural gas flameمطالعه تجربی تاثیر نسبت انسداد انژکتور کم چرخش بر حدود پایداری و رژیم های احتراقی شعله گاز طبیعی6379118642FAنوید حشمتیکارشناس ارشد هوافضا-پیشرانشسید مهدی میرساجدیاستادیار گروه مهندسی هوافضا دانشکده فناوریهای نوین دانشگاه شهید بهشتیJournal Article20200506In this study, the effect of a low swirl injector blockage ratio on the flame stability limits is investigated by using a low swirl burner. The blockage ratio is one of the main geometrical parameters of the low-swirl injector which has a significant impact on the stability of the flame. In order to investigate the influence of the blockage ratio of the central channel of low swirl injector on stability, nine swirler with distinct geometries were investigated. The results showed that with increasing the blockage ratio, the flame extinction limit was reduced so that increasing the blockage ratio from 43% to 76% reduced the extinction limit to about 25% and improved flame stability. It was also observed in this study that by increasing the equivalence ratio, the flame undergoes a transition process in which the flame proceeds from a stable lifted bowl shape to a vortex shape attached to the burner nozzle. The transition process can be divided into three different combustion regimes and in this study, these limits presented based on the equivalence ratio and the Reynolds number of the burner inlet. Evaluation of NOx pollutants of swirlers showed that Nox increased with increasing equivalence ratio and at equivalence ratios near stoichiometric values, the Nox level was about 20 ppm.در این مطالعه، به بررسی تاثیر نسبت انسداد چرخاننده کم چرخش بر حدود پایداری و رژیم های احتراقی شعله پرداخته می شود. نسبت انسداد برابر سطح مسدود و پوشیده صفحه مغشوش کننده به کل مساحت آن است و یکی از پارامترهای اصلی چرخاننده کم چرخش است که تاثیر مهمی بر پایداری شعله کم چرخش دارد. به منظور بررسی تاثیر نسبت انسداد کانال مرکزی چرخاننده بر پایداری، 9 چرخاننده با هندسه متمایز مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که با افزایش نسبت انسداد، حد خاموشی چرخاننده ها کاهش می یابد، به طوری که با افزایش نسبت انسداد از 43% تا 76%، میزان حد خاموشی تا حدود 25% کاهش یافته و پایداری شعله بهبود می یابد. همچنین، در این مطالعه مشاهده شد که با افزایش نسبت هم ارزی، شعله یک فرایند گذار را طی می کند که در آن شعله از یک حالت Vشکل (کاسه ای شکل) معلق پایدار تا حالت گردابه ای شکل متصل به دهانه مشعل پیش می رود. فرایند گذار را میتوان به سه رژیم احتراقی متفاوت تقسیم کرد که حدود این رژیم های احتراقی براساس نسبت هم ارزی و میزان عدد رینولدز ورودی مشعل تعیین میشود. بررسی میزان آلاینده چرخاننده ها نشان داد که میزان با افزایش نسبت هم ارزی افزایش می یابد و در نسبت های هم ارزی نزدیک 1 میزان در حدود ppm20 است.https://www.jfnc.ir/article_118642_df8abee04874be7a3032b6efd9a89936.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922Transient evaporation of a bi-component droplet at high temperature and pressureتبخیر گذرای قطره دوجزئی در دما و فشار زیاد8199118643FAمهنا مرادیگروه هوافضا، دانشکده مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران،حجت قاسمیدانشگاه علم و صنعت ایران-دانشکده مهندسی مکانیک0000-0002-1985-6760Journal Article20200510Transient evaporation of a bi-component droplet at high temperature and pressure condition has been modeled numerically. In the gas phase, the equations of species, momentum, and energy, and in the liquid phase, the equations of species and energy by assuming fugacity equilibrium, and Peng-Robinson equation of state using the finite volume method have been solved. The droplet is assumed to be spherical, the solubility of the gas in the liquid and effect of gravity have been neglected. The results of the proposed model for heptane-hexadecane droplet in various temperatures and pressures have been validated against the available experimental data. Results were in good agreement. The effect of pressure on the evaporation showed that at a constant temperature, by increasing pressure up to 2 MPa the droplet lifetime increases but further increase in pressure (up to 2.5 MPa) reduces droplet lifetime. Evaporation behavior does not change with different compositions. The role of different equations of state on the prediction of binary droplet lifetime was studied, and finally the effect of ambient temperature and pressure on the surface temperature of the droplet was investigated. It was observed that at high enough pressure and temperature, the droplet surface could reach the critical condition.در این مقاله، تبخیر گذرای قطره دوجزئی در دما و فشار زیاد به صورت عددی مدلسازی شده است. در فاز گاز، معادلات بقای جزء، تکانه و انرژی و در فاز مایع، معادلات بقای جزء و انرژی، با رویکرد حجم محدود حل شدهاند. تغییرات خواص ترموفیزیکی برحسب دما و فشار درنظر گرفته شده است. همچنین فرض تعادل فوگاسیتی در سطح مشترک و معادله حالت پنگ-رابینسون لحاظ شده است. قطره کروی فرض شده و از انحلالپذیری گاز در مایع و اثرات شتاب گرانش صرفنظر شده است. نتایج مدل برای قطره دوجزئی هپتان-هگزادکان درگسترههای دمایی و فشاری گسترده اعتبارسنجی شدند و مطابقت خوبی با دادههای تجربی موجود در ادبیات نشان دادند. اثر تغییرات فشار در دماهای مختلف بر تبخیر قطره بررسی شد. مشاهده شد که در یک دمای ثابت با افزایش فشار تا 2 مگاپاسکال، عمر قطره افزایش یافته ولی افزایش فشار به 5<sub>/</sub>2 مگاپاسکال منجربه کاهش عمر قطره میشود. رفتار تبخیری قطره با ترکیبات مختلف تغییری نداشت. نقش معادلات حالت مختلف بر پیشبینی عمر قطره مطالعه شده و درنهایت تأثیر فشار و دمای محیط بر فوق بحرانیشدن دمای سطح قطره بررسی و مشاهده شد که در فشار و دمای به اندازه کافی زیاد قطره میتواند به حالت بحرانی برسد.https://www.jfnc.ir/article_118643_16c058f9bc9f40502dfc220037464d63.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922liquid fuel distribution in the combustion chamber by jet impingement with small cylindrical obstaclesپخش سوخت مایع در محفظه احتراق از طریق برخورد جت با موانع استوانه ای کوچک101119118645FAسعید کاظمی سرشتحرارت و سیالات، مکانیک، تربیت دبیر شهید رجایی،تهران، ایرانآرش محمدیحرارت و سیالات، مکانیک، تربیت دبیر شهید رجایی، تهران، ایرانJournal Article20200606Homogenization of lean air-fuel mixture decrease flame front temperature and simultaneously reduces NOx and particulate matter. Experimental work has been shown high level of dispersion can be obtained by impingement of diesel jet onto a matrix of cylindrical obstacles in accordance structure close to Porous media. The injected fuel impinges with the first cylindrical obstacle and splits to two smaller jets and with impingement with other obstacles causes to multi-jets formation causes to fuel dispersion. Previous experimental works have been shown geometrical structure and obstacle diameter are of key factors in multi‐jet formation and spatial distribution of the charge. In this paper, computational fluid dynamics models that accurately predict the formation behavior of several transient multi-jet are developed, and after validation, new structures of obstacles with increasing distances between them and an improved structure are proposed as novel innovations. New modeling shows that these structures have better homogenization properties and space distribution is more efficient than the structures previously studied. Also, with increasing the distance between the cylindrical obstacles, the diffusion and penetration of some fuel jets has increased and for all geometrical structures, it has increased the fuel distribution angle. The geometrical structure of the obstacles is very important to achieve the proper fuel distribution pattern and is not dependent on the number of obstacles.همگن سازی یک مخلوط رقیق از سوخت و هوا باعث می شود دمای جبهه شعله کاهش پیدا کرده و بهطورهمزمان باعث کاهش تولید اکسیدهای نیتروژن و ذرات معلق می شود. کارهای تجربی نشان داده است که سطح بالایی از پراکندگی برای رسیدن به مخلوط همگن را می توان با برخورد جت دیزل بر روی یک سری از موانع استوانه ای، به عنوان ساختار نزدیک به محیط متخلخل، به دست آورد. سوخت تزریق شده با اولین مانع استوانه ای برخورد می کند و به دو جت کوچکتر تقسیم میشود. سپس، با برخورد با موانع بعدی جت چندتایی به وجود آمده که باعث پخش سوخت می شود. کارهای تجربی قبلی نشان داده اند که ساختار هندسی و قطر موانع از عوامل اصلی در شکل گیری چند جت و توزیع فضایی سوخته اند. در این مقاله، مدلهای دینامیک سیالات محاسباتی، که با دقت رفتار شکل گیری چند جت گذرا را پیش بینی می کنند، توسعه می یابد و پس از اعتبارسنجی ساختارهای جدیدی از موانع با افزایش فاصله بین آنها و یک ساختار بهبودیافته ارائه شده است. مدل سازی جدید نشان میدهد که این ساختارها، نسبت به ساختارهایی که قبلاً مورد بررسی قرار گرفتهاند، دارای ویژگیهای همگنسازی بهتر بوده و توزیع فضای در آنها کارآمدتر است. https://www.jfnc.ir/article_118645_e0e12b0dd19593b68be01399b3085fe5.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-362913320200922Experimental Investigation of Fuel Effects (HHO_CNG) on Gasoline-Based Engine Performanceبررسی آزمایشگاهی اثر سوخت (HHO_CNG) بر عملکرد موتور پایه بنزین سوز121135118944FAصمد جعفرمدارگروه آموزشی مکانیک، دانشکده فنی، دانشگاه ارومیه، ایرانپوریا مجیدیدانشجوی دکتری مکانیک گرایش تبدیل انرژی دانشگاه ارومیهJournal Article20200424In piston engines, as the engine speed increases, the combustion cycle time decreases. Reducing the engine combustion cycle time, the opportunity for complete fuel combustion is reduced. As a result, in order to complete the fuel combustion, at high engine speeds, the spark plug must ignite sooner. Now that the natural gas flame is slower than gasoline, this problem is becoming more noticeable. As a result, the spark ignition timing should be increased further in CNG fuel mode than in the case of gasoline combustion. This leads to an increase in negative work during the compression phase, resulting in reduced cycle efficiency. Researchers have suggested adding hydrogen to improve natural gas combustion (HCNG). By adding hydrogen, the flammability properties of natural gas are improved. In this study, using Hydrogen generator, hydrogen and oxygen (HHO) gas is produced and consumed water by electrolysis method. The gas (HHO) produced together with the gas (CNG) is combined with the air entering the engine. Then the effect of gas (HHO-CNG) on the parameters of efficiency, power and pollution has been investigated. The results show that the thermal efficiency increases with the addition of HHO. Under these conditions, CO and UHC levels have decreased. This reduces contamination and increases efficiency due to reduced need for spark plug advance and complete fuel combustion.در موتورهای پیستونی با افزایش دور موتور مدت زمان سیکل احتراق کاهش می یابد. با کاهش زمان سیکل احتراق موتور فرصت برای احتراق کامل سوخت کم می شود. درنتیجه، به منظور تکمیل احتراق سوخت در دورهای بالای موتور، شمع باید زودتر جرقه بزند. حال، با توجه به اینکه سرعت شعله گاز طبیعی نسبتبه بنزین کمتر است، این مشکل محسوس تر می شود. درنتیجه مقدار پیش انداختن زمان جرقه شمع موتور، درحالت گازسوز، نسبتبه حالتی که بنزین می سوزاند، باید بیشتر افزایش یابد. این کار منجربه افزایش کار منفی در مرحله تراکم میشود که سبب کاهش بازدهی چرخه می شود. محققان برای بهبود احتراق گاز طبیعی پیشنهاد اضافه کردن هیدروژن را داده اند(HCNG) . با اضافه کردن هیدروژن خواص شعله وری گاز طبیعی بهبود می یابد. در این پژوهش، با استفاده از هیدروراکتور، گاز هیدروژن و اکسیژن (HHO) به روش الکترولیز از آب تولید و مصرف می شود. گاز HHO تولیدشده به همراه گاز CNGبا هوای ورودی به موتور ترکیب می شود. سپس، تاثیر گاز HHO-CNGبر پارامترهای بازدهی، توان و آلودگی بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که با اضافهشدن HHO بازده حرارتی افزایش می یابد. در این شرایط، میزان CO و UHC کاهش داشته است. این کاهش آلودگی و افزایش بازده به علت کاهش نیاز به آوانس جرقه شمع و احتراق کامل سوخت است.https://www.jfnc.ir/article_118944_9c8c8d98cbc1e3fbb84e28c79e31c4e5.pdf