شبیه سازی احتراق مدفون در محیط متخلخل به روش FGM

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

در این پژوهش روشی به نام تولید فلیملت از منیفولد ‎(FGM)‎ معرفی شده است که ترکیبی از دو روش کاهش سینتیک، یعنی روش فلیملت و روش منیفولد است. در این روش شعله چند بعدی بصورت مجموعه ای از شعله های یک بعدی در نظر گرفته شده است (روش فلیملت) و ساختار شعله توسط تعداد محدودی متغیر کنترلی تعیین می‌گردد (روش منیفولد). متغیرهای ترموشیمیایی در یک بانک داده ذخیره شده و در شبیه سازی شعله استفاده می‌شوند. در طول شبیه سازی معادله متغیرهای پیشرو نیز حل می‌شود. در این مطالعه بمنظور دقت سنجی این روش، از یک مشعل یک بعدی شعله پایدار استفاده شده و نتایج حاصل دو شبیه سازی جریان واکنشی با روش های سینتیک جزئی و روش حاضر مقایسه شده است. در مرحله بعد روش FGM برای شبیه سازی شعله مدفون در محیط متخلخل بکار گرفته شده و نتایج بدست آمده از شبیه سازی که شامل نمودارهای دمای دو فاز گاز و جامد است، با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. این تحقیق نشان می دهد که استفاده از روش FGM در مقایسه با روش سینتیک جزئی تا چه اندازه دارای دقت بوده و زمان انجام شبیه سازی احتراق را تا چندین برابر می تواند کاهش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. M. Abdul Mujeebu, M. Z. Abdullah, M. Z. A. Bakar and A. A. Mohamad, “Development of premixed burner based on stabilized combustion within discrete porous medium,” Journal of Porous Media, 14, 2011, pp. 909-917.
  2. S. Wood and A. T. Harris, “Porous burners for lean-burn applications,” Progress in Energy and Combustion Science, 34, 2008, pp. 667-684.
  3. J. R. Howell, M. J. Hall and J. L. Ellzey, “Combustion of hydrocarbon fuels within porous inert media,” Progress in Energy and Combustion Science, 22, 1996, pp. 121-145.
  4. J. H. M. Ten Thije Boonkkamp and L. P. H. De Goey, “A flamelet model for premixed stretched flames,” Combustion Science and Technology, 149, 1999, pp. 183-200.
  5. C. C. Douglas, A. Ern and M. D. Smooke, “Multigrid solution of flame sheet problems on serial and parallel computers,” Parallel Algorithms and Applications, 10, 1997, pp. 225-236.
  6. D. Thévenin, F. Behrendt, U. Maas, B. Przywara and J. Warnatz, “Development of a parallel direct simulation code to investigate reactive flows,” Computers & Fluids, 25, 1996, pp. 485-496.
  7. B. A. V. Bennett and M. D. Smooke, “Local rectangular refinement with application to axisymmetric laminar flames,” Combustion Theory and Modelling, 2, 1998, pp. 221-258.
  8. N. Peters, “Laminar flamelet concepts in turbulent combustion,” Symposium (International) on Combustion, 21, 1988, pp. 1231-1250.
  9. S. H. Lam and D. A. Goussis, Conventional Asymptotics and Computational Singular Perturbation for Simplified Kinetics Modelling, Springer Verlag, 1991.
  10. U. Maas and S. B. Pope, “Laminar flame calculations using simplified chemical kinetics based on intrinsic low-dimensional manifolds,” Symposium (International) on Combustion, 25, 1994, pp. 1349-1356.
  11. P. A. Libby and K. N. C. Bray, “Implications of the laminar flamelet model in premixed turbulent combustion,” Combustion and Flame, 39, 1980, pp. 33-41.
  12. K. N. C. Bray and J. B. Moss, “A unified statistical model of the premixed turbulent flame,” Acta Astronautica, 4, 1977, pp. 291-319.
  13. J. A. van Oijen and L. P. H. de Goey, “Modelling of Premixed Laminar Flames using Flamelet-Generated Manifolds,” Combustion Science and Technology, 161, 2000, pp. 113-137.
  14. J. A. van Oijen, Flamelet-Generated Manifolds: Development and Application to Premixed Laminar Flames, PhD Thesis, Department of Mechanical Engineering, Eindhoven University of Technology, 2002.
  15. P. Pantangi, A. Sadiki, J. Janicka, M. Mann, A. Dreizler, “LES of premixed methane flame impinging on the wall using non-adiabatic flamelet generated manifold (FGM) approach,” Flow, Turbulence and Combustion, 92, 2014, pp. 805-836.
  16. J. A. van Oijen and L. P. H. de Goey, “Modelling of premixed counterflow flames using the flamelet-generated manifold method,” Combustion Theory and Modelling, 6, 2002, pp. 463-478.
  17. K. N. C. Bray and P. A. Libby, Recent Developments in the BML Model of Premixed Turbulent Combustion, Academic Press, New York, 1994.
  18. E. Schneider, A. Maltsev, A. Sadiki and J. Janicka, “Study on the potential of BML-approach and G-equation concept-based models for predicting swirling partially premixed combustion systems: URANS computations,” Combustion and Flame, 152, 2008, pp. 548-572.
  19. H. Pitsch, FlameMaster v3. 1: A C++ computer program for 0D combustion and 1D laminar flame calculations, 1998.
  20. H. G. Weller, G. Tabor, H. Jasak, C. Fureby, “A tensorial approach to computational continuum mechanics using object-oriented techniques,” Computers in Physics, 12, 1998, pp. 620-631.
  21. M. Frenklach, H. Wang, M. Goldenberg, G. P. Smith, D. M.Golden, C. T. Bowman, R. K. Hanson, W. C. Gardiner and et al., {GRI}-Mech: an optimized detailed chemical reaction mechanism for methane combustion, Gas Research Institute Topical Report, Report No. GRI-95/0058, November 1, 1995.
  22. M. D. Emami, H. Atoof and M. R. Rezaeibakhsh, “An Experimental Study of Flashback Phenomenon in a Two-Layer Porous Media,” journal of Fuel and Combustion, 5, 2012, pp. 31-42.
  23. M. D. Emami, H. Atoof and M. R. Rezaeibakhsh, “Flashback phenomenon in a two-layer porous media: an experimental study,” Journal of Porous Media, 19, 2016, pp. 1-28.
  24. W. M. Mathis and J. L. Ellzey, “Flame stabilization, operating range, and emissions for a methane/air porous burner,” Combustion Science and Technology, 175, 2003, pp. 825-839.
  25. B. J. Vogel and J. L. Ellzey, “Subadiabatic and superadiabatic performance of a two-section porous burner,” Combustion Science and Technology, 177, 2005, pp. 1323-1338.
  26. S. A. Hashemi and H. Atoof, “An Experimental Study of the Effect of Thickness and Porosity on the Performance of a Porous Metal Radiation Burner,” journal of Fuel and Combustion, 2, 2009, pp. 11-23.
  27. S. A. Hashemi, J. Amani and H. Atoof, “Experimental study of flame stability in SiC porous media,” AmirKabir University of Technology Journal, 43, 2010, pp. 59-70.
  28. V. S. Babkin, A. A. Korzhavin and V. A. Bunev, “Propagation of premixed gaseous explosion flames in porous media,” Combustion and Flame, 87, 1991, pp. 182-190.
  29. Y. M. Laevskii and V. S. Babkin, “Stabilized gas combustion wave in an inert porous medium,” Combustion, Explosion and Shock Waves, 44, 2008, pp. 502-508.
  30. M. Farzaneh, M. Shafiey, R. Ebrahimi and M. Shams, “Numerical investigation of premixed combustion in a porous burner with integrated heat exchanger,” Heat and Mass Transfer/Waerme- und Stoffuebertragung, 48, 2012, pp. 1273-1283.
  31. L. B. Younis and R. Viskanta, “Experimental determination of the volumetric heat transfer coefficient between stream of air and ceramic foam,” International Journal of Heat and Mass Transfer, 36, 1993, pp. 1425-1434.
  32. M. Maerefat, M., Khosravy el-Hossaini and K. Mazaheri, “Numerical Modeling of Two-Dimensional Cylindrical Porous Radiant Burners With Sidewall Heat Losses,” Journal of Porous Media, 14, 2011, pp. 317-327.
  33. M. davazdah Emami, H. Atoof and M. R. Rezaeibakhsh, “Flashback Phenomenon in a two-layer porous media: an experimental study,” Journal of Porous Media, 19, 2016, pp. 1-28.
  34. J. A.Van Oijen, F. A. Lammers, L. P. H. De Goey, “Modeling of complex premixed burner systems by using flamelet-generated manifolds,” Combustion and Flame, 127, 2001, pp. 2124-2134.