محفظه احتراق گردابه‌ای، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (محفظه احتراق گردابه‌ای)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی محفظه احتراق گردابه‌ای (vortex combustion chamber) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

احتراق نتیجه یک فرآیند شیمیایی بین مواد قابل احتراق و یک عامل اکسید کننده است که با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد خام در محفظه احتراق همراه است.

گرما را می‌توان با تولید نور به شکل شعله آزاد کرد. سوخت‌های فسیلی معمولاً از ترکیبات آلی به شکل گاز، مایع یا جامد ساخته می‌شوند.

همان‌طور که در بالا ذکر شد، سوختن نوعی واکنش اکسیداسیون است؛ اما به دلیل نرخ بالای واکنش احتراق که منجر به تولید گرمای زیاد در مدت زمان کوتاه، افزایش دمای محیط و ایجاد نور و شعله می‌شود، در دسته بندی خاصی قرار می‌گیرد.

محفظه احتراق گردابه‌ای نسل جدیدی از موتورهای احتراق داخلی با سوخت مایع است که در آن یک جریان گردابه‌ای با آرایش متفاوت انژکتورها ایجاد می‌شود.

این گردابه به خنک شدن و افزایش اختلاط اجزای پیشرانه در محفظه احتراق کمک می‌کند و در محفظه‌های با حجم کمتر می‌توان به احتراق کامل رسید.

هندسه مدل حاضر با استفاده از نرم افزار گمبیت (GAMBIT) طراحی و مش بندی شده است. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 379535 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

مدل انتقال گونه‌ها (species transport) برای تجزیه و تحلیل فرآیند احتراق استفاده می‌شود. مخلوطی از هوا و متان به عنوان مخلوط سوخت استفاده می‌شود. برای بررسی اندرکنش شیمیایی-آشفته واکنش‌دهنده‌های احتراق از روش گردابه‌ای (Eddy-dissipation) استفاده شده است و مدل پیش‌بینی NOx فعال شده و از روش دما برای حالت اندرکنش توربولانسی استفاده شده است.

همچنین، از معادله گاز ایده آل (Ideal Gas) نیز برای تعیین تغییرات چگالی ناشی از تغییرات دما استفاده شده است.

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) مختلف سرعت، فشار، دما، کسر جرمی (mass fraction) گونه‌ها و غیره به صورت سه بعدی و دو بعدی ارائه شده است. همان‌طور که از کانتورها مشخص است، شعله احتراق به خوبی شکل گرفته و تغییرات دمایی ناشی از احتراق به خوبی قابل مشاهده است.

بردارها (vector) نیز نشان می‌دهند که توربولانسی جریان در این مسئله بسیار زیاد است. کانتورها نشان می‌دهد که عملکرد این محفظه احتراق به درستی شبیه سازی شده است.