شبیه سازی احتراق هیدروژن
تکنیکهای مدل سازی که در بالا ذکر شد برای سوختهای مخلوط هیدروژن یا هیدروژن خالص نیز کارایی دارند. حتی این مدلها را میتوان با توجه به نیاز خود اصلاح کرد و مواردی را به آنها اضافه و یا از آنها کم کرد. چنین اصلاحهایی میتواند شامل تعاریفی مثل متغیرهای پیشرفت واکنش و در برخی موارد برای دیفرانسیل پخش (ضریب پخش جرم و حرارت متفاوت برای گونه های مختلف) است. کاربرد موفقیت آمیز چنین مدلسازی برای احتراق هیدروژن، در شکل زیر برای مدل کابرا (Cabra) ارائه شده است که که نحوه پایداری و ماندگاری شعله در محفظه احتراق توربینهای گازی را بررسی میکند. سوخت و اکسید کننده درون محفظه احتراق به صورت پیش مخلوط (Premix) هستند.
مدل Cabra (سمت چپ). شبکه موزاییکی با استفاده از انسیس در منطقه مورد نظر (راست)
جت سوخت هیدروژن توسط محصولات حاصل از احتراق ۲۲۰۰ شعله هیدروژن / هوا احاطه شده است (شکل بالا سمت چپ). شبیه سازی با استفاده از مدل توربولانسی (LES) و حلگر فشار مبنا در فلوئنت انجام شده است و مقیاسهای زیر شبکهای با فرمول dynamic Smagorinky Lilly مدلسازی شدند. احتراق با استفاده از مدل FGM و متغیر پیشرفت (Progress Variable)، واریانس کسر مخلوط (Z) و ترمهای چشمهی متغیر پیشرفت به صورت نرخ محدود مدلسازی میشوند. ویدئوی زیر ساختار شعله هیدروژن را از نظر توزیع دما و توزیع کسر مخلوط در یک بازه زمانی مشخص نشان میدهد.
ویدئوی بالا نشان میدهد که شبکه بندی با استفاده از قابلیت مش موزاییکی توانسته است وضوح مناسبی را برای مشاهده شکلگیری آشفتگی در لایه برشی (Shear layer) که در شکل قبلتر نشان داده شده است، فراهم کند. نمودار شعاعی متغیرهای مختلف و کانتور میدان حرارتی، که در شکلهای زیر نشان داده شده است، نتایج حاصل از حل عددی توسط فلوئنت را با اندازه گیریهای تجربی مقایسه میکند پیشنهاد میکنیم اموزش فلوئنت را در سایت fluentcfd.ir دنبال کنید.
پروفیل های شعاعی میانگین جرمی وزنی کسر مخلوط (Mass weighted average)، گونه ها و دما برای موقعیتهای مختلف محوری. (خطوط نشان دهنده نتایج شبیه سازی عددی است؛ نقاط نشان دهنده نتایج تجربی هستند.)
توزیع دما میانگین برای شعله هیدروژن مدل Cabra و مقایسه آن با داده های تجربی
واضح است که شبیه سازی LES-FGM توزیع کسر مخلوط، دما و گونهها را با دقت بسیار عالی و نتایجی نزدیک به دادههای تجربی پیشبینی کرده است. شبیهسازیها ضخامت جبهه شعله را نیز با دقت محاسبه کرده است. پیش بینی شعله در لبه پیشروی یا جبههی شعله برای پیش بینی کامل شعله بسیار هائز اهمیت است؛ زیرا بر اختلاط سوخت و هوای پایین دست تأثیر میگذارد. استفاده از روش شعله نفوذی درک بهتری از ماندگاری شعله (Flame anchoring) در اختیار ما قرار میدهد. همچنین با استفاده از این مدل جوابهای حاصل شده از فلوئنت به نتایج حاصل شده از آزمایشهای تجربی نزدیکتر خواهد شد.
شبیه سازی از هیدروژن برای کربن زدایی پشتیبانی میکند؟
انتظار میرود موتورهای توربین گازی که از هیدروژن به عنوان سوخت خود استفاده میکنند، باعث شود که کربن در بخشهای انرژی و هواپیمایی از بین برود. پیچیدهترین چالشهای فنی در استفاده از هیدروژن در توربینهای گازی را میتوان با شبیه سازی و با دقت بسیار بالا رفع کرد. ثابت شده است که روشهایی که برای شبیه سازی احتراق در موتورهای سنتی متعارف هستند، قادرند تا پیچیدگیهای ذاتی احتراق هیدروژن را نیز با دقت پیش بینی کنند. استفاده از این روشهای شبیه سازی برای احتراق هیدروژن، میتواند به بخشهای انرژی و هواپیمایی کمک کند تا محصولات پایدارتر و کم کربنتری را با صرفه جویی در هزینه و زمان به بازار عرضه کنند.
این مطلب تبلیغاتی بوده و داناپ نسبت به محتوای آن از خود سلب مسئولیت می کند.
دیدگاهتان را بنویسید
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.