مطالعه ساختار شعله متان-هيدروژن در مشعل پيچشي سيدني با استفاده از مدل احتراقي حجمي

ددر مصارف صنعتي، آلاينده‌هاي ناشي از احتراق سوخت‌هاي فسيلي در توربين‌هاي گازي نيروگاه‌ها در حال انتشار بوده و به همين جهت، بررسي انتشار آن­ها به خصوص در شعله­هاي غيرپيش‌آميخته مورد اهميت قرار مي­گيرد. در اين پژوهش، با استفاده از شبيه‌سازي عددي در نرم­افزار OpenFOAM، اثر افزودن هيدروژن به متان در شعله غيرپيش آميخته متان و هوا بررسي مي‌شود. بدين منظور، احتراق متان با هوا در مشعل پيچشي سيدني (SM1) به وسيله مدل‌هاي آشفتگي ε  k-و k-ω SST-SAS، مدل تابش P1 و مدل احتراق حجمي واكنشگاه اختلاط جزئي (PaSR) مدل‌سازي مي‌شود. در اين راستا، تأثير دبي حجمي هيدروژن و افزايش دماي ناشي از آن برساختار شعله و گونه‌هاي احتراقي بررسي مي‌شود. همچنين با استفاده از مدل­سازي شبيه­سازي گردابه­ بزرگ، الگوي ناحيه بازگردشي ثانويه در جريان غيرواكنشي متان و هوا نشان داده مي‌شود. با افزودن هيدروژن در بالادست نواحي دما بالا از محور نازل به دليل نفوذ سريع هيدروژن دور مي­شوند. همچنين با افزودن هيدروژن به دليل ضعف مدل­هاي ميانگين­گيري رينولدز و عدم محاسبه ناحيه بازگردشي ثانويه، نواحي با دماي بالا اندكي افزايش ارتفاع دارند. علت كاهش كربن دي­اكسيد در بالادست جريان، كمتر شدن مقدار سوخت هيدروكربني و در پايين‌دست كامل نبودن احتراق و افزايش گونه كربن منواكسيد است.