مجله مهندسی مکانیک

مجله مهندسی مکانیک

مطالعه تاثیر عدد لوئیس بر شعله‌ های نفوذی آرام

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسنده
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بزرگمهر قائنات، قائن، ایران
چکیده
یکی از پارامترهای مهم و تاثیرگذار بر رفتار شعله، عدد لوئیس است. هدف اصلی در این پژوهش، مطالعه تاثیر عدد لوئیس بر حد خاموشی شعله نفوذی جریان مخالف است. همچنین تاثیر رقیق سازی سوخت بر عدد لوئیس و حد خاموشی شعله به کمک دو رقیق کننده آرگون و هلیوم مورد مطالعه قرار گرفت. روش پژوهش در این تحقیق، شبیه‌ سازی عددی به کمک نرم ‌افزار شبیه ‌ساز احتراق کمکین است. برای تحلیل بهتر و دقیق ‌تر نتایج از عدد لوئیس موثر به جای عدد لوئیس سوخت یا اکسید کننده استفاده گردید. نتایج نشان می دهند که افزایش کسر مولی رقیق کننده، عدد لوئیس مؤثر را افزایش می‌ دهد و این به معنی نفوذ حرارتی بیشتر نسبت به نفوذ جرمی است. بیشترین مقدار افزایش عدد لوئیس  مؤثر مربوط به سوخت بوتان است. این مقدار در حضور رقیق کننده آرگون از 42/0 به 16/1 و در حضور رقیق کننده هلیوم از 44/0 به 77/1 می‌ رسد. افزایش نرخ کرنش منجر به کاهش ماکزیمم دما می ‌شود و همواره ماکزیمم دما در حالت رقیق‌ سازی با هلیوم کمتر از ماکزیمم دما در حالت رقیق سازی با آرگون است. افزایش درصد رقیق کننده نیز ماکزیمم دما را کاهش می ‌دهد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] R.-H. Chen, J. F. Driscoll, J. Kelly, M. Namazian, and R. Schefer, "A comparison of bluff-body and swirl-stabilized flames," Combustion science and Technology, vol. 71, no. 4-6, pp. 197-217, 1990, doi: https://doi.org/10.1080/00102209008951632.
 
[2] J. Khadem and A. Asadi, "Numerical Study on Counterflow Diffusion Flames of Natural Gas with CO2 Dilution," Fuel and Combustion, vol. 4, no. 2, pp. 17-28, 2011, [In Persian], doi: https://www.jfnc.ir/article_46151_da9790e10f9d9af62e7c685c28ef336e.pdf.
 
[3] A. Asadi and J. Khadem, "The Numerical Study of Extinction Limits and Structure of H2/O2 Counterflow Diffusion Flame with Ar and He Dilution," Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, vol. 24, no. 2, pp. 57-66, 2013, [In Persian], doi: 10.22067/fum-mech.v24i2.27189.
 
[4] C. Chen and S. Sohrab, "Simultaneous effects of fuel/oxidizer concentrations on the extinction of counterflow diffusion flames," Combustion and flame, vol. 86, no. 4, pp. 383-393, 1991, doi: https://doi.org/10.1016/0010-2180(91)90131-T.
 
[5] M. Chaos and R.-H. Chen, "An experimental study of pulsating instability in near-limit laminar nonpremixed flames," Combustion science and technology, vol. 176, no. 8, pp. 1191-1215, 2004, doi: https://doi.org/10.1080/00102200490457394.
 
[6] J. Kim and S. Lee, "Diffusional-thermal instability in strained diffusion flames with unequal Lewis numbers," Combustion Theory and Modelling, vol. 3, no. 1, p. 123, 1999, doi: 10.1088/1364-7830/3/1/007.
 
[7] S. Xie, Z. Lu, and Z. Chen, "Effects of strain rate and Lewis number on forced ignition of laminar counterflow diffusion flames," Combustion and Flame, vol. 226, pp. 302-314, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.12.027.
 
[8] S. Akbari, M. F. Farahani, S. Sadeghi, M. Hajivand, F. Xu, E. Mohtarami, and M. Bidabadi, "Pulsating diffusion flames fed with biomass particles in counter-flow arrangement: Zeldovich and Lewis numbers effects," Sustainable Energy Technologies and Assessments, vol. 46, p. 101263, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.seta.2021.101263.
 
[9] M. Fan, S. Shao, H. Wang, and Y. Lu, "Numerical analysis of hydrogen-oxygen hydrothermal combustion: Laminar counterflow diffusion flames," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 49, pp. 278-292, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2023.07.214.
 
[10] P. Kumar and A. Kumar, "Effects of fuel Lewis number on self-propagating flame spread over thin solid fuels in microgravity," Combustion and Flame, vol. 219, pp. 293-311, 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2020.05.021.
 
[11] A. Potnis, V. R. Unni, H. G. Im, and A. Saha, "Extinction of non-equidiffusive premixed flames with oscillating strain rates," Combustion and Flame, vol. 234, p. 111617, 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.combustflame.2021.111617.
 
[12] R. L. Soares-Júnior and A. J. Leiroz, "A numerical study on preferential diffusion effects in coflowing laminar reacting jets," Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, vol. 44, no. 1, p. 12, 2022, doi: https://doi.org/10.1007/s40430-021-03309-6.
 
[13]­ D. Bhatt and S. Chakravarthy, "Nonlinear Flame Dynamics for Laminar Flame in a Co-flow Mixing Layer with Widely Varying Premixedness: Preferential Diffusion and Stoichiometry Effects," Combustion Science and Technology, vol. 194, no. 7, pp. 1321-1339, 2022, doi: https://doi.org/10.1080/00102202.2020.1811699.
 
[14] T. Akiba, A. Tsunoda, T. Tezuka, Y. Morii, H. Nakamura, and K. Maruta, "DMD analysis on sporadic flame behaviors in low-Lewis-number counterflow under microgravity," Proceedings of the Combustion Institute, vol. 40, no. 1-4, p. 105233, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2024.105233.
[15] M. F. Farahani, S. Akbari, and K. Hosseinzadeh, "Evaluation of thermal radiation and Lewis number effects on oscillatory thermal-diffusive instabilities of counterflow premixed flame fed with moisty biomass particles," Case Studies in Thermal Engineering, vol. 58, p. 104369, 2024, doi: https://doi.org/10.1016/j.csite.2024.104369.
 
[16] R. Stephen, "Turns. An introduction to combustion: concepts and applications," Mechanical Engineering Series. McGraw Hill, p. 51, 2000, doi: OCLC: 660161844.
 
[17] T. V. Kármán, "Über laminare und turbulente Reibung," ZAMM‐Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, vol. 1, no. 4, pp. 233-252, 1921, https://doi.org/10.1002/zamm.19210010401.
 
[18] K. Seshadri and F. Williams, "Laminar flow between parallel plates with injection of a reactant at high Reynolds number," International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 21, no. 2, pp. 251-253, 1978, https://doi.org/10.1016/0017-9310(78)90230-2.
 
[19] A. E. Lutz, R. J. Kee, J. F. Grcar, and F. M. Rupley, "OPPDIF: A Fortran program for computing opposed-flow diffusion flames," Sandia National Lab. (SNL-CA), Livermore, CA (United States), 1997, https://doi.org/10.2172/568983.
 
[20] R.-H. Chen, M. Chaos, and A. Kothawala, "Lewis number effects in laminar diffusion flames near and away from extinction," Proceedings of the Combustion Institute, vol. 31, no. 1, pp. 1231-1237, 2007, doi: https://doi.org/10.1016/j.proci.2006.07.101.
 
[21] https://creckmodeling.chem.polimi.it/menu-kinetics/menu-kinetics-detailed-mechanisms/.
 

  • تاریخ دریافت 04 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 08 مرداد 1403
  • تاریخ پذیرش 17 مرداد 1403