مطالعه عددي تاثير جسم مانع بر احتراق رقيق پيش‌آميخته هيدروژن- هوا در محفظه‌هاي احتراقي در مقياس ميكرو

Numerical study of bluff body effect in lean premix hydrogen/air combustion in a micro- scale combustor

در اين مطالعه به بررسي عددي تاثير جسم مانع بر دماي خارجي ديوار محفظه‌ي احتراق در مقياس ميكرو پرداخته شده است. به منظور شبيه‌سازي پديده احتراق رقيق هيدروژن و هوا در مقياس ميكرو، از سينتيك شيميايي جزيي لي و همكاران ( شامل 13 گونه و 19 واكنش شيميايي) و ضرايب نفوذ مولكولي مختلف براي گونه‌ها استفاده شده است. تاثير جسم مانع از دو ديدگاه شامل شكل جسم مانع و تعداد جسم مانع در كانال بررسي مي‌شود. دو جسم مانع مثلثي و مربعي درون محفظه احتراق در نظر گرفته مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد كه تفاوت اندكي براي دماي خارجي ديوار در دو جسم مانع مشاهده مي‌شود. بطوريكه مقدار بيشينه دماي خارجي ديوار براي كانال با جسم مانع مثلثي اندكي بيشتر از كانال با جسم مانع مربعي مي‌باشد. درحالي‌كه بازده تشعشعي براي جسم مانع مربعي بيشتر از جسم مانع مثلثي است. در بخش دوم، تعداد اجسام مانع بر روي پديده احتراق در محفظه‌هاي در مقياس ميكرو بررسي شده است. با مقايسه دماي خارجي ديوار براي محفظه‌هاي احتراقي شامل يك، دو و چهار جسم مانع مشاهده مي‌شود كه با افزايش تعداد جسم مانع، دماي خارجي ديوار افزايش مي‌يابد كه اين امر ناشي از ايجاد يك ميدان حرارتي نسبتاً يكنواخت در محفظه احتراقي است.

The present numerical study investigates the effect of a bluff body on outer wall temperature in micro scale combustor. Combustion of lean premixed hydrogen-air mixture is simulated in two dimensions domain utilizing the detailed chemistry of Li et al. (13 species with 19 chemical reactions) and different mass diffusivity for each species. The effect of bluff body in combustor is studied in two viewpoints: shape of bluff body and number of bluff bodies. Two shapes of bluff body including square and triangular shape are considered to study the combustion efficiency and outer wall temperature. The results illustrate that the shape of bluff body does not have an obvious effect on outer wall temperature so triangular shape outer wall temperature is slightly higher than square shape. However combustion efficiency of the square bluff body is larger than the triangular one. In the second part, the effect of bluff body number (i.e. one, two and four bluff bodies) in micro scale combustor is examined on combustion characteristics. With the increasing number of bluff bodies, the outer wall temperature increases. This is because of the creation of a uniform temperature field in micro scale combustor.