انجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Simulation of a CH4/H2 Diffusion Flame using Unsteady and Steady Flamelet Combustion Modelsشبیه سازی شعله نفوذی متان/ هیدورژن با استفاده از مدلهای احتراقی فلیملت پایا و ناپایا718446202FAفاطمهچیتگرهادانشگاه صنعتی اصفهانمحسندوازده امامیدانشگاه صنعتی اصفهانمحمدفرشچیدانشگاه صنعتی شریفJournal Article20140426Reduction of environmental pollutants caused by combustion in power plant systems is one of the main challenges for the researchers. To pinpoint the mechanisms of formation and transport of combustion pollutants, it is necessary to have an accurate prediction of temperature field and combustion productsFor this reason, simulation of turbulent combustion flows has attracted much attention in recent years. An appropriate combustion model is required for simulation of these flows. Flamelet model is the most favorite combustion model, due to inherent separation of the turbulent flow field and the chemical reactions. Moreover, the consideration of unsteady flamelet in modeling complex physical phenomena such as radiation heat transfer and slow chemical processes (of pollutants) leads to better results than the steady flamelet assumptionThe purpose of this study is to investigate the application of steady and unsteady flamelet models in the simulation of turbulent diffusion bluff body flame. Predictions of temprature and mean mixture fraction using steady flamelet model have shown very good agreement with experiment data. NO mass fraction in steady-state simulations using two different chemical mechanisms GRI3.0 and GRI2.11 is over predicted. While NO mass fraction in the unsteady flamelet modeling using mechanism GRI2.11 have shown good agreement with the experimental data. Thus, unsteady effects are important in slow processes such as the formation of NO.کاهش آلایندههای محیط زیست ناشی از احتراق در سیستمهای نیرو محرکه یکی از چالش های اساسی محققان است. برای اطلاع از منابع این آلایندهها، پیشبینی دقیق محصولات و دمای میدان احتراق امری ضروری است. به همین دلیل، در سالهای اخیر، شبیهسازی جریانهای احتراقی مغشوش مورد توجه واقع شده است. برای شبیهسازی این جریانها به یک مدل احتراقی مناسب، نیاز است. مدل فلیملت، به دلیل ویژگیهای متعدد ازجمله جداکردن واکنشهای شیمیایی از میدان مغشوش، یکی از پرکاربردترین مدلهای ارائه شده در مقالات است. همچنین، فرض حالت ناپایا در مدلسازی پدیدههای شیمیایی کندی مانند تشکیل آلایندهها نتایج بهتری نسبت به فرض حالت پایا پیش بینی میکند. هدف از این مقاله مشاهده کاربرد مدل فلیملت پایا و ناپایا در شبیهسازی شعلههای نفوذی مغشوش بلاف بادی است. پیشبینی دما و کسرمخلوط متوسط محاسبه شده با استفاده از مدل فلیملت پایا، همخوانی خوبی را با نتایج تجربی نشان میدهد. شبیهسازیهای حالت پایا با استفاده از دو مکانیزم شیمیایی GRI3.0 و GRI2.11، کسرجرمی گونه NO را خیلی بیشتر از مقدار واقعی پیشبینی میکند. در عین حال، کسر جرمی گونه NO در مدل فلیملت ناپایا با استفاده از مکانیزم GRI2.11، با دادههای تجربی همخوانی خوبی دارد. در نتیجه اثرات گذرایی در فرایندهای کندی مانند تشکیل NO باید درنظر گرفته شود.https://www.jfnc.ir/article_46202_87c7b478058d2d71826c188171f7778a.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Numerical study of the inlet velocity effect on characteristics of Repetitive Extinction-Ignition Dynamics for lean premixed hydrogen-air combustion in a heated micro channelمطالعه عددی تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی مشخصه های دینامیک خاموشی- اشتعال مکرر برای احتراق پیش مخلوط رقیق هیدروژن/هوا در یک میکرو کانال گرم شونده335446203FAعلیرضاعلی پوردانشگاه تربیت مدرس0000-0003-0523-8344کیومرثمظاهریدانشگاه تربیت مدرسJournal Article20140617In the present study, the effects of inlet velocity on characteristics of Repetitive Extinction-Ignition Dynamics are numerically investigated. Hydrogen-air mixture (with equivalence ratio = 0.5) enters into a heated micro channel with a prescribed wall temperature. Low Mach number approach is considered for governing equations in numerical simulation and also detailed chemistry, and different mass diffusivity of species is utilized. The dynamic behavior is studied by two parameter, amplitude and frequency. The results show that the amplitude of repetitive extinction-ignition dynamics increases with increasing the inlet velocity, while the frequency has a descending-ascending behavior. For detailed study of this phenomenon the chemical reaction approach is used by considering the reaction rate parameter. The results illustrate that for high inlet velocitis the reactions tend to produce light species such as O, H and OH. The effects of inlet velocity on flame propagation velocity are also studied. For lower inlet velocities, flame stays longer in an extinction-ignition period in the channel, while increasing the inlet velocity causes the flame to extinguish faster.در تحقیق حاضر، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی مشخصه های پدیده خاموشی-اشتعال مکرر برای مخلوط رقیق هیدروژن-هوا (با نسبت هم ارزی 0/5) در یک میکروکانال، تحت گرادیان دمایی معین، به صورت عددی بررسی شده است. در شبیه سازی عددی از فرمولبندی عدد ماخ پایین، سینتیک تفصیلی و ضرایب نفوذ مولکولی مختلف برای گونه ها استفاده شده است. با استفاده از پارامترهای دامنه و فرکانس استخراج شده از میدان جریان، مشخصه های این پدیده مطالعه شده است. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت جریان ورودی، دامنه پدیده خاموشی-اشتعال مکرر افزایش می یابد، در حالی که فرکانس آن رفتاری کاهشی-افزایشی دارد. به منظور مطالعه دقیق تر این پدیده، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی پدیده خاموشی-اشتعال مکرر از دیدگاه واکنش های شیمیایی با استفاده از متغیر نرخ واکنش بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان می دهند که در سرعت های بالای جریان ورودی، واکنش های تولید گونه های سبک تر نظیر OH و OH غلبه دارند، در حالی که در سرعت های پایین جریان ورودی، واکنش ها به تولید گونه های سنگین نظیر H2OHO2 و H2O2 تمایل بیشتری دارند. همچنین، تاثیر سرعت جریان ورودی بر روی سرعت جبهه شعله انتشاری بررسی شده است. در سرعت های پایین جریان ورودی، شعله در مدت زمان بیشتری از یک چرخه مشاهده می شود، در حالی که در سرعت های جریان ورودی بالاتر، شعله سریعتر وارد ناحیه خاموشی می شود.https://www.jfnc.ir/article_46203_122a15edf4643a8d16ec07e798f0ff49.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Numericalstudy of the effect of an incident shock wave on the combustion of transversalhydrogenjetina supersonic flowمطالعه عددی اثر موج شوک برخوردی بر احتراق جت متقاطع هیدروژن در جریان مافوق صوت11246204FAعلی اکبرشکریاندانشگاه صنعتی امیر کبیرصادقتابع جماعتدانشگاه امیر کبیر0000-0003-0882-9289Journal Article20141001In this study, the combustion of a fuel jet with supersonic air flow has been studiednumerically.The injected gas was a preburned mixture of hydrogen and air with equivalence ratio of 4.5. The flow field was investigated with and without incident oblique shock wave. The simulations have been performed using openFoam software in a three-dimensional field. A two-equation turbulence model, SST-kw, and the PaSR combustion model were used. The aim of this study was to examine the impact of the shock wave on flame stabilization. According to the results, the reaction occurs at low rates without the oblique shock. However, when the incident shock hits the bottom surface downstream of the injection slot, reaction rate increases, indicating the flame stabilization in this case. These findings are in good agreement with experimental results.در این مطالعه، احتراق جت متقاطع سوخت در جریان مافوق صوت هوا به صورت عددی بررسی شده است. گاز تزریق شامل مخلوط پیش احتراق هوا و هیدروژن با نسبت هم ارزی 4/5 بوده است. میدان در دو حالت بدون شوک برخوردی و همراه با شوک مایل برخوردی تحلیل شده است. تحلیل به کمک نرم افزار اپن فوم و در میدان سه بعدی انجام شده است. از مدل اغتشاشی دومعادلهای SST-kw و مدل احتراقی PaSR استفاده شده است. هدف از مطالعه صورت گرفته بررسی اثر شوک مایل برخوردی بر پایداری شعله بوده است. در حالت عدم وجود شوک برخوردی، واکنش های احتراقی در میدان بسیار کند صورت می گیرد. در حالت وجود شوک مایل، واکنش های احتراق با سرعت بالاتری انجام می شود که این موضوع نشان دهنده پایداری شعله است. بررسی دقیق میدان نشان می دهد واکنش از امتداد لبه شکاف تزریق شروع شده و به سمت داخل میدان گسترش می یابد. نتایج حاصل با نتایج آزمایشهای تجربی سازگاری دارد.https://www.jfnc.ir/article_46204_9377e91beb4b28f3f27a6c7060b8fc2a.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Numerical Investigation of using Micro-Hole Injector on Characteristics of Diesel FuelSpray of High Speed Diesel Engineمطالعه عددی تاثیر استفاده از ریزسوراخها برای انژکتور موتور دیزل سواری روی خصوصیات افشانه سوخت8510146205FAعلیرضاحاجی علی محمدیدانشگاه سمنانداودفلاحیدانشگاه صنعتی امیرکبیرسید مصطفیمیرسلیمدانشگاه صنعتی امیرکبیرJournal Article20150603Low exhaust emissions and fuel consumption, made diesel engines suitable for passenger car applications today and various concepts have been presented for mixture formation improvement that has very important influence on the combustion efficiency and fuel consumption. One of these concepts which is used recently is micro-hole group nozzle. Using of injector with micro hole nozzles, the atomization of fuel spray is improved and this leads to have better air fuel mixture and lower engine emissions. In the present research, effect of using this kind of injector nozzle holes has been studied numerically using AVL fire Software. For numerical simulation, spray break up and atomization models and problem boundary conditions have been validated using experimental results of similar works, then the effect of micro hole configuration and angle between holes on spray penetration, droplet size and vaporized mass were investigated for two configuration of α (one plane type) and β (two planes type). Results showed that for micro hole nozzle, increasing the angle between two holes would increase spray penetration and evaporated mass and decrease droplets Sauter mean diameter.مصرف و آلایندگی کم موتورهای دیزل، امروزه، آنها را برای کاربرد خودروهای سواری مناسب کرده است و مفاهیم مختلفی برای بهبود شکل گیری مخلوط، که نقش مهمی در بهبود بازده احتراق و کاهش مصرف سوخت دارد، ارائه شده است. یکی از این مفاهیم استفاده از ریزسوراخ های گروهی است. در صورت استفاده از ریزسوراخ ها برای انژکتور موتور دیزل، مشخصه های قطره سازی سوخت بسیار بهبود خواهد یافت که از این حیث تأثیر بسزایی در بالابردن کیفیت مخلوط سوخت و هوای تشکیل شده خواهد داشت و به تبع آن، آلایندگی ایجادشده نیز به مقدار زیادی کاهش خواهد یافت. در این تحقیق نیز، تأثیر استفاده از این نوع سوراخ ها برای نازل انژکتور موتور دیزل به روش عددی و با استفاده از نرم افزار AVL fire مطالعه شده است. برای شبیه سازی، ابتدا الگوهای مربوط به شبیه سازی برخورد، ایجاد و گسترش ریزقطره ها و شرایط مرزی موجود در نرم افزار با استفاده از داده های تجربی کارهای مشابه صحه گذاری شده و سپس تأثیر افزایش زاویۀ بین ریزسوراخ ها در مشخصه های افشانه نظیر عمق نفوذ، قطر متوسط قطرات و مقدار جرم تبخیرشده در دو نوع چیدمان سوراخ های یک صفحه ای (α) و دوصفحه ای (β) بررسی شده است. نتایج شبیه سازی ها نشان داد در افشانه با ریزسوراخ گروهی، با افزایش زاویۀ بین دو سوراخ، مقدار عمق نفوذ و جرم تبخیرشده افشانه افزایش و قطر ریزقطرات کاهش می یابد.https://www.jfnc.ir/article_46205_eeb574073659efe7c9db85cb186dddec.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Analysis of Influence of Variable Airflow Distribution on Reactive Flow in a Gas Turbine Model Combustion Chamberتحلیل تأثیر توزیع هوای متغیر بر جریان واکنشی محفظه احتراق مدل توربین گاز133246206FAفرزادبازدیدی طهرانیدانشگاه علم و صنعت ایرانحسینیزدانی احمد آبادیدانشگاه علم و صنعت ایرانمحمد صادقعابدی نژاددانشگاه علم و صنعت ایرانJournal Article20150609The objective of the present work is to investigate the influence of varying the percentage of distributed air flow rate via swirler, primary jets and dilution jets on reactive flow characteristics and NOX and CO emissions in a gas turbine model combustor. A Finite Volume staggered grid approach is employed to solve the governing equations that are linearized implicitly and also discretized by a second order method. The central difference discretization and second-order upwind schemes are applied respectively for the space derivatives of the diffusion and the advection terms in all transport equations. In the numerical simulation of reactive two-phase flow of this combustion chamber, the realizable k-ε turbulence model, steady flamelet combustion model and discrete ordinates radiation model have been used. The spray and atomization of liquid fuel droplet is modeled by an Eulerian–Lagrangian method. The present study is performed for four different cases of air injection and in the first case, boundary conditions are based on the laboratory conditions. After validation of the numerical results for the first case using experimental data, the subsequent cases are studied. Among the outcomes of the present work, the followings can be mentioned: comparison of velocity and temperature distributions, mass fraction percentage of the carbon dioxide, carbon monoxide and nitrogen oxide concentration at exit plane, as well as the formation method of flow structure in longitudinal cross-section of combustion chamber for the above-mentioned four reactive flow cases. Results show that the air distribution of the first case in laboratory conditions is not optimal and in the case where the air flow rate is reduced from the beginning to the end of the combustion chamber, the mass fraction of carbon monoxide and nitrogen oxide are minimum and the amount of carbon dioxide is maximum.هدف از مقاله حاضر بررسی اثر تغییر درصد دبی هوای توزیع شده از طریق چرخاننده، فواره های اولیه و فواره های رقیق سازی بر مشخصات جریان واکنشی و آلاینده های NO و CO در یک محفظه احتراق مدل توربین گاز است. برای حل معادلات حاکم از شبکه بندی منظم حجم محدود استفاده شده است. معادلات حاکم بر جریان به صورت ضمنی خطی سازی شده و به صورت مرتبه دو گسسته سازی شده اند. جملات نفوذی در معادلات انتقال با استفاده از روش گسسته سازی مرکزی و عبارات جابه جایی به صورت مرتبه دو بالادست گسسته شده اند. در شبیهسازی عددی جریان دوفاز واکنشی این محفظه احتراق، از مدل آشفتگی Realizable، مدل احتراقی فلیملت پایا و مدل تشعشعی جهت های مجزا استفاده شده است. پاشش قطرات سوخت مایع و محیط دوفازی قطره و هوا توسط روش اویلر-لاگرانژی مدلسازی شده است. پژوهش حاضر برای چهار حالت مختلف تزریق هوا انجام شده است که در حالت اول شرایط مرزی منطبق بر شرایط آزمایشگاهی بوده و پس از اعتبارسنجی نتایج حل عددی با داده های تجربی، حالت های بعدی بررسی شده اند. حاصل تحقیق حاضر، مقایسه توزیع سرعت، دما، درصد کسر جرمی دیاکسید کربن، منوکسید کربن و اکسید نیتروژن در مقطع خروجی، به همراه نحوه شکل گیری ساختار جریان در مقطع طولی محفظه احتراق، در چهار حالت تزریق هواست. نتایج نشان می دهند که توزیع هوای شرایط آزمایشگاهی به صورت بهینه نیست. در حالتی که دبی هوای بیشتری از فواره های اولیه به محفظه احتراق وارد شود، آلاینده NO کمتری تولید می شود و توزیع دمای مقطع خروجی، از یکنواختی بیشتری برخوردار است. همچنین، در این حالت، فرآیند احتراق نسبت به شرایط آزمایشگاهی، کاملتر بوده و CO2 بیشتری تولید می شود.https://www.jfnc.ir/article_46206_7dc550c83c75a49032148a7f90f248cf.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723PerformanceModeling and Analysis of Stirling Engine, Gas Turbine and Fuel Cell Hybrid Cycle for Application in a CHP Systemمدلسازی و تحلیل عملکرد یک چرخه هیبریدی موتور استرلینگ، توربین گاز و پیل سوختی جهت کاربرد در یک سیستم تولید همزمان10312346207FAجاماسبپیرکندیدانشگاه صنعتی مالک اشترمهراننصرت الهیدانشگاه صنعتی مالک اشترشهرامخداپرستدانشگاه صنعتی مالک اشترJournal Article20150710In this paper, performance of agas turbine cycle equipped with a solid oxide fuel cell and Stirling engine is discussed from thermodynamic viewpoint. A thermodynamic analysis is performed for all components of the cycle, and a separate electrochemical and thermal analysis is conducted for the utilized fuel cells.With parametric study of the hybrid system, the influences of compressor pressure ratio, turbine inlet gas temperature, the number of cells, the type of fluid used in the Stirling engine, andthe angular velocity of the Stirling engine on efficiency and power of the hybrid system are investigated.Based on the presented comparison, generated power of the proposed system is about three times larger than the simple gas turbine cycle and 1.3 times larger than the power produced by a hybrid gas turbine and fuel cell system.The obtained results show that the electrical efficiency of the proposed system is about 82 percent, while the fuel cell and gas turbine hybrid system and simple gas turbine cycle efficiencies are about 50 percent and 30 percent, respectively.در این مقاله، عملکرد یک چرخه توربین گاز مجهز به پیل سوختی اکسید جامد و موتور استرلینگ از دیدگاه ترمودینامیکی بررسی شده و برای تمام اجزای چرخه مورد نظر یک تحلیل ترمودینامیکی و برای پیل سوختی به کار رفته در آن، یک تحلیل الکتروشیمیایی و حرارتی مجزا انجام شده است. با مطالعه پارامتری سیستم هیبریدی تأثیر نسبت فشار کمپرسور، دمای گازهای ورودی به توربین، تعداد سل های پیل سوختی، نوع سیال مورد استفاده در موتور استرلینگ و سرعت زاویه ای موتور استرلینگ بر روی بازده و توان تولیدی سیستم هیبریدی بررسی می شود. براساس مقایسه انجام شده توان تولیدی سیستم پیشنهادی در حدود سه برابر توان تولیدی چرخه ساده توربین گاز و 1/3 برابر توان تولیدی سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی است. نتایج به دست آمده نشان می دهد که بازده الکتریکی سیستم پیشنهادی در حدود 82 درصد بوده و این در حالی است که بازده سیستم هیبریدی توربین گاز و پیل سوختی در حدود 50 درصد و چرخه ساده توربین گاز 30 درصد است.https://www.jfnc.ir/article_46207_9adb0d527161f5a2416e2c4df81b8864.pdfانجمن احتراق ایرانسوخت و احتراق2008-36298220150723Numerical Analysis of the Effects of Needle Lift and Seat on the Cavitation Flow in the Diesel Injector Nozzleبررسی عددی تأثیر فاصله سوزن و شکل نشیمنگاه بر پدیده کاویتاسیون درون نازل انژکتور557046208FAمیراعلممهدیتربیت دبیر شهید رجاییمحمدسالاریدانشگاه تربیت دبیر شهید رجاییJournal Article20150818In this paper, cavitation flow inside the injector nozzle has been numerically simulated using ANSYS Fluent v15. The validations were performed with experimental results of Winkhofler et al. (2001). The calculated results from the three dimensional numerical simulation of cavitating flow in the nozzle with mixture multi-phase cavitating flow model have good agreement with the experimental data. Several important parameters such as mass flow rate and velocity profiles were used for the validations. The cavitation model used in the simulations is Schnerr and Sauer cavitation model. Due to high Reynolds numbers, turbulence effects have been taken into account by RANS methods using RNG k–emodel. PRESTO discretization method is used for pressure equation and second upwind discretization method is used for momentum equation. The discharge coefficient is computed for several cavitation numbers and needle lift. The results show that the needle lift and seat shape of the nozzle have a strong influence on the volume fraction of diesel vapor and the discharge coefficient in the nozzle.در این مقاله، جریان سیال داخل نازل انژکتور موتور دیزل با استفاده از روش دینامیک سیالات محاسباتی و به کمک نرم افزار انسیس فلوئنت شبیه سازی شده است. جریان دوفاز به صورت مخلوط همگن درنظر گرفته شده و مدل آشفتگی و k–e مدل کاویتاسیون اسکنر-سویر برای شبیه سازی عددی انتخاب شده است.ابتدا نازلی که نتایج آزمایشگاهی برای آن موجود بوده شبیه سازی شده و با اعتبارسنجی نتایج، مدل آشفتگی مناسب انتخاب شده است. سپس یک نازل انژکتور واقعی چهارسوراخه برای شبیه سازی انتخاب شده است. برای کاهش هزینه محاسبات، تنها یک چهارم نازل مدلسازی شده و به ازای اختلاف فشارهای مختلف، مقدار دبی جریان و ضریب تخلیه به دست آمده است. تحلیل های انجام شده برای سه نشیمنگاه مختلف با ارتفاع متفاوت سوزن انژکتور انجام شده است. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که ارتفاع سوزن انژکتور و شکل نشیمنگاه علاوه بر ضریب تخلیه بر محل تشکیل حفره کاویتاسیون نیز تأثیرگذار است.https://www.jfnc.ir/article_46208_2e17b55bd1f302b773d04e4938adef85.pdf