مطالعه عددي تاثير سينتيك شيميايي و مدل تشعشعي بر ميدان دما و سرعت در احتراق گاز طبيعي- اكسيژن با استفاده از مدل احتراقي فليملت پايا

Numerical Study of the Effects of Chemical Kinetics and Radiation Model on the Velocity and Temperature Fields in Natural Gas-Oxygen Combustion using Steady Flamelet Model

هدف مطالعه حاضر بررسي تاثير سينتيك شيميايي و مدل تشعشعي در شبيه سازي احتراق گاز طبيعي- اكسيژن با استفاده از مدل احتراقي فليملت است. بدين منظور از سه سينتيك شيميايي C1_C3، DRM22 و GRI3.0 جهت بررسي سينتيكي و از دو مدل تشعشعي DO و P1 به منظور بررسي تاثير مدل تشعشعي استفاده شده است. همچنين نتايج حاصل از در نظر گرفتن انتقال حرارت تشعشعي با شرايط بدون تشعشع نيز مقايسه شده است. نتايج حاصل از مدل فليملت با داده هاي تجربي و مدل احتراقي PaSR مقايسه شده اند. مهمترين مزيت استفاده از مدل احتراقي flamelet نسبت به مدل PaSR كاهش قابل توجه هزينه محاسبات است. مطابق يا نتايج بدست آمده، سينتيك C1_C3 بالاترين دقت را در پيش بيني توزيع دماي داخل كوره داشته و شعله ايجاد شده به وسيله آن تطابق خوبي با شبيه سازي انجام شده به وسيله مدل احتراقي PaSR دارد؛ در حالي كه طول شعله حاصل از سينتيك هاي DRM22 و GRI3.0 بسيار كم پيش بيني شده است. علاوه بر اين استفاده از مدل تشعشعي P1 در مقايسه با مدل DO به علت پيش بيني بيشتر مقادير تلفات تشعشعي در آن منجر به خطاي محاسباتي بيشتر در محاسبه توزيع دما و همچنين پيش بيني طول ناحيه دما بالا درون كوره مي شود.

The aim of this study is to investigate the effects of chemical kinetics and radiation model on the combustion of natural-gas-oxygen mixture using flamelet combustion model. For this purpose, C1_C3, DRM22 and GRI3.0 chemical kinetics mechanisms are combined with DO and P1 radiation models in the simulations. In addition, results with and without modelling radiative heat transfer are compared. The results of flamelet combustion model are also compared with the experimental data and PaSR combustion model. The most important advantage of using flamelet combustion model over the PaSR model is significant reduction in the cost of calculation. According to the obtained results, C1_C3 chemical mechanism predicts the temperature distribution in the furnace with highest accuracy and the predicted flame shape is a good match with that obtained using PaSR model. The flame length obtained using DRM22 and GRI3.0 chemical mechanisms, however, is very small. In addition, using P1 radiation model in comparison with DO leads to more computational errors in calculating the temperature distribution and the length of the high temperature region in the furnace, due to over-predicting the radiation losses.