پيش‌بيني حد خاموشي كم سوخت يك شعله آشفته پايدار شده به كمك جريان‌هاي بازگردشي

در اين مقاله، هدف، پيش‌بيني حد خاموشي كم سوخت شعله‌هاي آشفته پايدار شده به‌وسيله جريان‌هاي بازگردشي است. براي اين منظور، از مدل دو معادله‌اي k-εبراي مدل‌سازي ميدان جريان آشفته استفاده‌شده است. همچنين ميدان احتراقي آشفته با استفاده از مدل احتراقي EDC به كمك يك واكنش شيميايي كلي دومرحله‌اي شبيه‌سازي‌شده است. مقايسه نتايج عددي حاضر و نتايج تجربي ارائه‌شده در ]22[ نشان مي‌دهد كه اگرچه كه روش عددي به‌كاررفته توانايي خوبي در پيش‌بيني رفتار جريان دارد، اما توانايي پيش‌بيني حد خاموشي شعله را ندارد. در راستاي يافتن ابزاري براي پيش‌بيني حد خاموشي شعله، رفتار پارامترهاي مختلف ميدان جريان و احتراق در نسبت هم‌ارزي‌هاي مختلف موردمطالعه قرارگرفته است. اين مطالعات نشان مي‌دهد كه دماي ميدان جريان در انتهاي ناحيه بازگردشي مركزي يكي از معدود پارامترهايي است كه با كاهش نسبت هم ارزي به‌صورت خطي كاهش مي‌يابد. با برون‌يابي از اين رفتار خطي، نسبت هم‌ارزي‌اي را كه در آن، دماي جريان سيال در انتهاي ناحيه بازگردشي برابر با دماي هواي ورودي به محفظه شود، به‌عنوان نسبت هم ارزي خاموشي شعله در نظر گرفته‌شده است. نتايج اين برون‌يابي، نسبت هم ارزي خاموشي شعله را با خطاي كمتر از 10% نسبت به نتايج تجربي پيش‌بيني مي‌نمايد. در پايان از معيار توسعه داده‌شده براي پيش‌بيني حد خاموشي شعله در يك محفظه احتراق صنعتي استفاده‌شده است.

The objective of the present paper is to predict lean blow-off limit of a turbulent flame stabilized by recirculating flows in stationary gas turbines. To such aim, k-ϵ turbulent model along with Eddy Dissipation Concept (EDC) and a global two step kinetic mechanism are used to simulate the combustor flow field. Comparison of the present numerical results and experimental data presented in [22] shows that although numerical simulations can predict overall flow features accurately, it cannot predict lean blow out limit. In an attempt to develop a basis to predict the lean blow-off limit, different flow variables contributing in lean blow-off process are studied as a function the global equivalence ratio. Such investigations show that mass-weighted flow temperature at the end of the recirculation zone reduces linearly by decreasing the equivalence ratio. Using such linear feature, lean blow-out equivalence ratio is calculated by extrapolating the linear curve to find an equivalence ratio in which the mass-weighted flow temperature at the end of the central recirculation zone equals the inlet air temperature. Result shows that such extrapolations can predict lean blow-off equivalence ratio by 7% error as compared to the experimental data. Finally, the methodology is used to predict lean blow out limit in a stationary gas turbine combustor.