بررسي تاثير نوسانات نسبت جرمي بر ساختار شعله نفوذي آرام

در اين مقاله پاسخ ناپاياي شعله نفوذي آرام به نوسانات هارمونيك نسبت جرمي بررسي شده است. مدل رياضي صفحه شعله براي شعله نفوذي آرام، ناپايا، دوبعدي و متقارن درون كانال در نظر گرفته شده است. جريان زير صوت، غيرلزج و يكنواخت فرض شده است. معادله جابه جايي- نفوذي براي متغير جرمي بقايي با شرايط مرزي مناسب حل شده و با فرض سطح نسبت اختلاط استوكيومتري به‌عنوان سطح شعله مكان هندسي شعله به‌دست آمده است. با فرض عدم عبور ذرات نسوخته از سطح شعله و ضريب نفوذ جرمي ثابت، مي‌توان نرخ آزادشدن انرژي گرمايي را متناسب با سطح شعله درنظر گرفت. اين روش، براي نخستين بار، در كار حاضر در شعله‌هاي نفوذي به‌كار برده شده است. تابع پاسخ شعله نفوذي در قالب نوسانات نرخ آزاد شدن انرژي گرمايي نسبت به نوسانات نسبت جرمي سوخت به‌دست آمده است. براي هر عدد پكلت، حوزه تواتري به سه ناحيه نفوذي، جابه جايي-نفوذي و جابه جايي تقسيم شده است. نتايج نشان ميدهند كه با افزايش تواتر به تواترهاي ناحيه جابه جايي اندازه تابع پاسخ كاهش مي‌يابد، ولي تاخير فاز به مقدار ثابتي ميل مي‌كند. با افزايش عدد پكلت، اندازه تابع پاسخ در ناحيه تواترهاي نفوذي و جابه جايي- نفوذي افزايش مي‌يابد درحالي‌كه در ناحيه جابه جايي تغير چنداني ندارد.

In this work, the unsteady response of a laminar diffusion flame to harmonic mass fraction oscillations is investigated. Flame-sheet assumption is utilized to model the laminar unsteady two-dimensional co-flow diffusion flame. The flow is assumed to be subsonic, inviscid, and uniform. The convection-diffusion equation for conserved scalar with appropriate boundary conditions is solved. Considering the stoichiometric mass fraction surface to be the flame surface, it is possible to obtain the flame zone. Assuming that unburnt species cannot pass across the flame surface and that the diffusion coefficient is constant, heat release rate can be related to the flame area. To best of our knowledge, this is the first time this approach has been applied to a diffusion flame to calculate heat release rate. Flame response function is acquired as oscillations of heat release rate to fluctuations of fuel mass fraction. At each Peclet number, frequency domain is divided into three regions, namely diffusion-dominated region, convection-diffusion region, and convection-dominated region. Our results indicate that the magnitude of response function decreases as excitation frequency increases, while phase difference approaches a constant value. Also, as Peclet number increases, the amplitude of oscillations in heat release rate increases in diffusion-dominated and convection-diffusion regions, but it does not change significantly in convection-dominated region.