Υπολογιστική μελέτη αστάθειας φλόγας δέσμης υδρογόνου

Abstract

Οι εφαρμογές των στρωτών φλογών διάχυσης έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την βιομηχανία, καθώς σχεδόν κάθε εφαρμογή καύσης περιλαμβάνει φλόγες στις οποίες βασικός παράγοντας είναι η ανάμειξη ενός αέριου καυσίμου με αέριου οξειδωτικού. Οι μηχανές εσωτερικής καύσης, η καύση σε προωθητικούς πυραύλους, ακόμα και οι πυρκαϊές σε κτίρια έχουν κοινό παρονομαστή φαινόμενα που εμφανίζονται σε φλόγες διάχυσης. Η μελέτη για τις φλόγες διάχυσης ουσιαστικά άρχισε με τη δουλειά των Burke και Schumann το 1928, οι οποίοι και έλυσαν για πρώτη φορά αναλυτικά και με ακρίβεια μια εξίσωση διατήρησης ενός βαθμωτού μεγέθους και κατάφεραν να προβλέψουν για πρώτη φορά το ύψος της φλόγας και το βασικό σχήμα μιας στρωτής φλόγας διάχυσης. Ο σκοπός της εργασίας αυτής είναι η μελέτη μιας τέτοιας φλόγας διάχυσης. Συγκεκριμένα, μελετήθηκε η συμπεριφορά αξονοσυμμετρικής δέσμης φλόγας διάχυσης Η2 – Ο2 σε αδρανές περιβάλλον CO2, με χαμηλό αριθμό Reynolds ώστε να παραμείνει η φλόγα σε συνθήκες στρωτής ροής και με τις παραμέτρους του συστήματος κοντά στο σημείο σβέσης της φλόγας. Η εργασία βασίστηκε σε παλαιότερα πειράματα και αριθμητικές προσομοιώσεις, τα οποία αμφότερα κατέδειξαν ότι στην περίπτωση που οι συνθήκες είναι κοντά σε συνθήκες σβέσης της φλόγας, η δομή της φλόγας εμφανίζει «κελιά αστάθειας», στην ουσία η φλόγα παύει να είναι ενιαία και χωρίζεται στη βάση της σε περιοχές υψηλής θερμοκρασίας / υψηλής ταχύτητας αντίδρασης και σε περιοχές χαμηλής θερμοκρασίας / χαμηλής ταχύτητας αντίδρασης. Ενώ οι προηγούμενες αριθμητικές προσομοιώσεις έγιναν με μη εμπορικό υπολογιστικό κώδικα, στη συγκεκριμένη εργασία έγινε χρήση εμπορικού κώδικα, συγκεκριμένα του υπολογιστικού πακέτου STAR – CD της εταιρείας Adapco. Διερευνήθηκε κατά πόσο ένας εμπορικός κώδικας μπορεί να παραμετροποιηθεί κατάλληλα και σε τι βαθμό έτσι ώστε να αναπαράγει τα αποτελέσματα των πειραμάτων και των προηγούμενων αριθμητικών προσομοιώσεων.