احتراق در حضور میدان الکتریکی (EHD)، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

شرح پروژه (احتراق در حضور EHD)

هدف از مسأله حاضر، شبیه سازی عددی احتراق در حضور میدان الکتریکی (EHD) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

در این پروژه، یک محفظه احتراق ساده طراحی شده است. جریان هوا و سوخت به صورت محوری وارد محفظه احتراق استوانه‌ای می‌شوند.

به طوری که جریان C₁₀H₂₂ به عنوان سوخت از قسمت مرکزی وارد محفظه و جریان هوا در اطراف آن می‌شود. این پروژه در دو مرحله انجام شده است. ابتدا احتراق ساده بین هوا و سوخت بررسی شده است. سپس همان احتراق در حضور الکتروهیدرودینامیک (lectrohydrodynamic (EHD)) انجام می‌شود.

اعمال EHD روی مایع باعث باردار شدن مایع می‌شود. حرکت ذرات یا مولکول‌های یونیزه شده و برهم‌کنش آنها با میدان الکتریکی و سیال اطراف مورد مطالعه قرار می‌گیرد.

هندسه مدل حاضر به صورت سه بعدی با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) طراحی شده است. دامنه محاسباتی مربوط به فضای داخلی یک محفظه احتراق استوانه‌ای افقی است. سوخت از طریق یک لوله داخلی باریک وارد محفظه می‌شود و جریان هوا از اطراف این لوله وارد محفظه می‌شود.

سپس مش بندی مدل حاضر با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام شده است. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) انجام می‌شود و تعداد سلول‌های تولیدی برابر با 1000658 است.

روش‌های استفاده شده

برای تعریف واکنش احتراق، باید از مدل انتقال گونه‌ها (Species Transport) استفاده شود.

جریان C₁₀H₂₂ و O₂ به عنوان واکنش دهنده، و CO₂ و H₂O به عنوان محصولات در این واکنش تعریف می‌شوند. جریان هوا با دمای 447 کلوین و سرعت 5 متربرثانیه و سوخت با دمای 300 کلوین و سرعت 0.01 متربرثانیه وارد محفظه احتراق می‌شوند.

مدل EHD برای اعمال اثر میدان الکتریکی بر عملکرد محفظه احتراق استفاده می‌شود. 40 A/m² به مرزهای ورودی و خروجی محفظه احتراق اعمال می‌شود. بار مثبت در مرز ورودی و بار منفی در مرز خروجی تعریف می‌شود.

واکنش احتراق تعریف شده:

نتایج

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی و سه بعدی مربوط به دما، سرعت، فشار و کسر جرمی (mass fraction) گونه‌ها (CO₂ ،C₁₀H₂₂ ،O₂ ،N₂ و H₂O) به دست می‌آیند. این نتایج در دو حالت (در صورت عدم وجود EHD و وجود EHD) نمایش داده می‌شود تا با مقایسه نتایج، اثر میدان الکتریکی مورد بررسی قرار گیرد.

کانتورها نشان می‌دهند که وقتی EHD به محفظه احتراق اعمال می‌شود، گرمای بیشتری به گونه‌ها اعمال می‌شود و درنتیجه، دمای محصول بالاتر می‌رود. افزایش دمای گونه‌های فعال باعث می‌شود که واکنش احتراق با سرعت بیشتری رخ دهد. همچنین با بررسی رفتار محصولات واکنش می‌توان نتیجه گرفت که واکنش احتراق در حضور EHD کیفیت بالاتری خواهد داشت.