تأثیر مکانیزم‌های شیمیایی مختلف احتراق متان-هوا بر توزیع گونه‌های اصلی و ساختار جریان آشفته چرخشی در شعله "SM1" با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی و مدل فلیملت آرام پایا

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

محسن جهانبخش آبکناری ¹

حمید رضا نظیف ²

¹ دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده فنی و مهندسی، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه بین المللی امام خمینی (ره)، قزوین، ایران.

² دانشیار گروه مهندسی مکانیک دانشگاه بین المللی امام خمینی

10.22067/jacsm.2026.95461.1358

چکیده

این پژوهش به بررسی عددی ساختار جریان آشفته و توزیع گونه‌های شیمیایی اصلی در مشعل غیرپیش‌آمیخته SM1 با استفاده از مدل فلیملت آرام پایا می‌پردازد. هدف پژوهش حاضر، تحلیل تأثیر تغییر مکانیزم‌های شیمیایی مختلف بر ساختار جریان شعله SM1 و توزیع گونه‌های شیمیایی اصلی است. برای این کار، از مکانیزم‌های شیمیایی سری GRI Mech (سری 1.2، 2.11 و 3.0) و مکانیزم تک ‌مرحله‌ای احتراق متان و هوا استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهد که استفاده از مکانیزم‌های سری GRI Mech تفاوت محسوسی در توزیع سرعت محوری و چرخشی، توزیع دما، جزء مخلوط و گونه‌های اصلی ایجاد نمی‌کنند و نتایج آن‌ها تطابق خوبی با داده‌های تجربی دارند. در مقابل، مکانیزم تک ‌مرحله‌ای به‌ طور قابل ‌توجهی، توزیع دما، جزء مخلوط و گونه‌ها را کمتر از مقدار واقعی محاسبه می‌کند. همچنین، مدل آشفتگی k-ε استاندارد، قابلیت مدلسازی جریان چرخشی اولیه در پشت سطح فاصله‌انداز را دارد. پروفیل سرعت توانی 7/1 به عنوان پروفیل جریان توسعه یافته برای ورودی‌های سوخت و هوای چرخشی بسیار مناسب و سازگار با شرایط عملکردی شعله SM1 است.

کلیدواژه‌ها

مدل فلیملت آرام پایا

شعله غیر پیش آمیخته آشفته

شعله چرخشی SM1

مکانیزم GRI Mech

مکانیزم تک مرحله‌ای احتراق متان

واکنش شیمیایی

گونه شیمیایی

موضوعات

• احتراق

---

عنوان مقاله English

The Effect of Different Chemical Mechanisms of Methane-air Combustion on the Distribution of Major Species and the Structure of the Turbulent Flow in the "SM1" Flame Using Computational Fluid Dynamics and the Steady Laminar Flamelet Model

نویسندگان English

Mohsen Jahanbakhsh Abkenari ¹

Hamid Reza Nazif ²

¹ Department of Mechanical Engineering, Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

² Department of Mechanical engineering , Imam Khomeini International University, Qazvin, Iran

چکیده English

This study numerically investigates the turbulent flow structure and the distribution of major chemical species in the SM1 non-premixed burner using the steady laminar flamelet model. The aim of thepresent study is to analyze the effect of varying different chemicalmechanisms on the flow structure of the SM1 flame and the distribution of majorchemical species. For this purpose, the GRI-Mech chemicalmechanisms (1.2, 2.11, and 3.0) and a single-step mechanism for methane-air combustion were employed. The results indicate that using the GRI-Mech mechanisms does not produce a significant difference in the distributions of axial/swirl velocity, temperature, mixture fraction, or major species; furthermore, their results show good agreement with experimental data. In contrast, the single-step mechanism substantially under-predicts the temperature, mixturefraction and speciesdistributions. Additionally, the standard k-ε turbulence modeldemonstrates a capableperformance in modeling the first swirling flow behind the bluff body. A 1/7th power law velocity profile was found to be suitable and compatible with the operational conditions of the SM1 flame as a developed flow profile for the fueland swirling air inlets.

کلیدواژه‌ها English

Steady Laminar Flamelet Model

Turbulent Non-Premixed Flame

SM1 Swirling Flame

GRI Mech mechanisms

Single-Step Combustion Mechanism of Methane

Chemical Mechanism

Chemical Species