مطالعه عددي پديده انتقال حرارت تواَم در يك جريان واكنشي

Numerical study of conjugate heat transfer phenomena in a reacting flow

انتقال حرارت تواَم يكي از جنبه هاي مهم در تبديل انرژي است و نقش بسزايي در ميزان راندمان حرارتي و مصرف سوخت محفظه احتراق دارد. در كار حاضر مدلي دو بعدي براي يك جريان واكنشي آرام با محاسبه معادلات انتقال جرم، ممنتم، انرژي و گونه ها ارايه شده است. براي شبيه سازي عددي، حلگري در نرم افزار متن باز اُپن فوم توسعه داده شده است. اين حلگر قادر است تا رفتار فرآيندهاي واكنشي و انتقالي در سيال، انتقال حرارت هدايتي در جامد و تشعشع از سطوح جانبي را جهت تاثير انتقال حرارت توام پيش بيني كند. در اين حلگر براي تحليل و بررسي عددي انتقال حرارت توام از روش كوپل و جهت پيوستگي دما و شار حرارتي بر روي سطح مشترك بين سيال و جامد، شرط مرزي اعمال مي-شود. صحت سنجي حلگر ايجاد شده با استفاده از داده هاي تجربي نمونه آزمايشگاهي مشعل شانه عسلي صورت پذيرفته است. نتايج نشان مي-دهد كه مقايسه حل عددي و داده هاي تجربي از مطابقت خوبي برخوردار است. بررسي نتايج بدست آمده نشان مي دهد كه مطالعه پارامتري شامل تغيير شرايط ورودي سيال و همچنين ابعاد هندسه در برهم كنش انتقال حرارت توام و محل آزاد شدن انرژي حاصل از احتراق موثر مي باشد. با افزايش سرعت ورودي محل تشكيل شعله به سمت خروجي و با افزايش نسبت هم ارزي، اين محل به سمت ورودي حركت مي-كند. افزايش طول جامد و ضخامت آن باعث كاهش طول ناحيه پيش گرمايش نيز مي شود

Conjugate heat transfer is one of the most important aspects of energy conversion and plays an important role in the thermal efficiency and fuel consumption of chambers. In the present work, a two-dimensional model for reacting flow is presented to calculate transport equations of mass, momentum, energy and species. A new solver is developed for the open-source OpenFOAM software. This new solver is able to predict the conjugate heat transfer effects of reactions and transport processes in fluid and heat conduction in solid as well as radiation in surrounding surface. The coupled method is used and the continuity of temperature and heat flux on the fluid and solid interface is applied in order to analyze conjugate heat transfer through boundary conditions. Experimental data of honeycomb burner is used to validate the new solver. Numerical results are in good agreement with the experimental data. The results show that change of fluid inlet condition and geometry dimensions affect the interaction of conjugate heat transfer and location of released heat of combustion. The location of flame is moved toward outlet as the inlet velocity is increased and toward inlet as the equilibrium ratio is increased. Increasing the length and thickness of solid reduces the preheated area as well.