بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله، انژکتور چرخشی و محفظه احتراق به صورت دو بعدی مدل شده است. معادلات حاکم بر جریان، معدلات ناویر-استوکس بوده و از مدل اغتشاشی - RNG جهت شبیه سازی جریان مغشوش استفاده شده است. شبیه سازی تقارن محوری برای یک انژکتور پیچشی در شرایط فوق بحرانی انجام شد. سیال تزریق شده اکسیژن مایع با دمای 120 کلوین بود که به محفظه اکسیژن گازی با دمای 300 کلوین پاشیده میشود. فشار محفظه 100 اتمسفر بود که حدود 2 برابر فشار بحرانی اکسیژن میباشد.
.1 مقدمه
بسیاری از جریانهایی که در اطراف ما وجود دارد ترکیبی از چند فاز میباشد. در این حالت اندرکنشی بین فازها مهم و تعیین کننده در رژیم جریان است. این نوع جریانها در حالت کلی به پنج دسته مایع - گاز، مایع - مایع، مایع - جامد، گاز- جامد و سه فازی دستهبندی میشود.
یکی از این نوع جریانات، جریان جت متقاطع میباشد، جریان جت متقاطع یکی از فیزیکهای پرکاربرد است که از حدود 70 سال پیش تاکنون مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. نحوه اختلاط دود و هوا در دودکشیهای نیروگاههای بزرگ اولین موضوعی بود که درزمینه جریان متقاطع به آن پرداخته شد. تزریق جت مایع عمود بر جریان گاز نوع خاصی از این جریان است که کاربردهای بسیاری در سیستم تزریق سوخت موتورهای پیشرفته هواپیما دارد.
از میان رایجترین کاربردها در این زمینه میتوان به سیستم تزریق سوخت محفظه احتراق توربین گاز در محفظههای ال پی پی ، تزریق سوخت در پسسوزها، انواع موتورهای رم جت و اسکرم جت اشاره نمود. از کاربردهای دیگر جریان جت متقاطع میتوان به خنک کاری لایهای ، استفاده در سیستمهای اطفا حریق، تداخل بادها با گازهای خروجی از برج خنککننده ، دودکشیهای صنعتی، شعلههای خروجی از لولهای چاههای نفت، صنایع کشاورزی، صنایع داروسازی و غیره را نام برد
تزریق جت به صورت متقاطع به دلیل اتمیزاسیون1 مناسب و نرخ تبخیر بالا، یکی از پیشرفتهترین روشها برای سیستم تزریق سوخت میباشد. همچنین برای دستیابی به نسبت سوخت به هوای دلخواه میتوان از تغییرات نسبت مومنتوم و زوایای پاشش قابل تنظیم یا حتی استفاده از یک نوع انژکتور پیچشی یا انژکتور افروسنت استفاده نمود. در ادامه بهطور کامل با انواع انژکتور و انژکتور افروسنت آشنا خواهیم شد. موارد ذکرشده را میتوان دلیلی بر قابلیت بسیار بالای این نوع جریان دررسیدن به کیفیت مطلوب مخلوط هوا و سوخت در نظر گرفت. درنهایت تمامی موارد ذکرشده منجر به کاهش تولید آلایندههای زیستمحیطی، افزایش بازدهی احتراق، بهینهسازی ابعاد محفظه احتراق و کاهش مصرف سوخت خواهند شد.
.2 معادلات حاکم
تحلیلهای اولیه جهت بررسی رفتار درون انژکتورهای فشاری چرخشی به علت سرعت بالای درون انژکتور و همچنین نازک بودن ضخامت لایه مرزی با فرض جریان پتانسیل انجام میگیرد. در جریان پتانسیل چرخش - کرل سرعت - صفر است:
در رابطه - 1 - با فرض تقارن محوری بودن uz سرعت چرخشی در طول انژکتور تغییر نخواهد کرد. در رابطه - 2 - با صرف نظر از سرعت شعاعی، سرعت محوری در راستای شعاعی ثابت خواهد ماند.
برای مدل سازی تمام جریانها به کمک نرم افزار فلوئنت قوانین بقای جرم و مومنتم میبایست حل گردد. معادله بقای جرم و یا پیوستگی به صورت زیر است :
معادله بالا فرم عمومی مادله جرم است. در این معادله S m مقدار جرم اضافه شده از یک فاز به فاز دیگر است. معادله پیوستگی مومنتم به صورت زیر بیان میگردد.
تانسورتنش و g و F به ترتیب نیروی جاذبه و نیروهای خارجی وارد بر جریان میباشند. تانسورتنش به صورت زیر
قابل بیان است:
که در این رابطه ویسکوزیته مولکولی، I تانسور واحد و ترم دوم در سمت راست اثرات انبساط حجمی1 میباشد.
معادله بقای مومنتم برای سرعت چرخشی
معادله مومنتم مماسی برای جریانهای چرخشی 2 بعدی به صورت زیر نوشته میشوند: X محور چرخشی، r جهت شعاعی، u سرعت محوری، v سرعت شعاعی و w سرعت چرخشی میباشد.
.3نتایج
دراین قسمت به توصیف مراحل شبیه سازی پرداخته میشود. ابتداساده سازی هندسی وشرایط مرزی بررسی میگردند. درادامه برای حل مسئله دوفرض جریان آزام وآشفته درنظرگرفته میشود و سپس گسسته سازی و مدلهای حاکم بر شبیه سازی بیان و مستقل بودن حل از شبکه بررسی میشود. در واقعیت و به صورت سه بعدی، انژکتورشامل 6 سوراخ ورودی میباشد. به منظورساده سازی هندسه ، 6سوراخ ورودی انژکتوربایک شکاف 1 میلیمتری دورتادورمحفظه چرخش، درنظرگرفته شده است.
شکل .1 هندسه ساده سازی شده
با توجه به ساده سازی انجام شده میتوان میدان حل را به صورت تقارن محوری چرخشی در نظر گرفت. فرض تقارن محوری تاکید میکند که هیچ گرادیانی در جهت آزیموث نداریم اما سرعت چرخشی داریم. مثالی برای جریان شامل چرخش در شکل 2-5 آورده شده است.
