انتقال حرارت در فلوئنت

بازدید: 70 بازدید
زمان مطالعه: 4 دقیقه
شبیه سازی احتراق در فلوئنت

علم انتقال گرما یا انتقال حرارت به تحلیل آهنگ انتقال گرما در سیستم می‌پردازد. انتقال انرژی از طریق شارش گرما را نمی‌توان مستقیما اندازه‌گیری کرد ولی این انتقال چون به یک کمیت قابل اندازه‌گیری به نام دما ارتباط دارد، دارای مفهوم فیزیکی است. در نرم افزار انسیس فلوئنت می‌توانیم با فعال کردن معادله‌ی انرژی و حل آن، اثرات انتقال حرارت را وارد محاسبات کنیم.

گرما

گرما نوعی انرژی است که به علت اختلاف دما بین دو سیستم، از یکی به دیگری منتقل می‌شود. (گرما همواره در حال عبور از مرزهای سیستم است.)

دما

کمیتی است بیانگر مقدار گرمای یک جسم. دما معیاری است برای تعیین میزان گرمی یا سردی یک جسم.

روش‌های انتقال گرما

  1. رسانش
  2. همرَفت
  3. تابش

معادلات انتقال حرارت و مقاومت گرمایی معادل

احتراق یا سوختن

احتراق به لاتین: Combustion یا burning) نتیجه‌ی یک فرآیند شیمیایی گرمازا میان یک ماده‌ی سوختنی و عامل اکسیدکننده‌ است که با تولید گرما و تغییر شیمیایی مواد اولیه همراه می‌شود. آزاد کردن گرما می‌تواند با تولید نور به صورت شعله یا درخشش باشد.

به طور کلی شبیه سازی پدیده احتراق یکی از پیچیده ترین مسائل موجود در تحلیل عددی می باشد. تاکنون مدل های عددی مختلفی برای شبیه سازی انواع احتراق (غیر آمیخته و پیش آمیخته) مایع و یا گاز ارائه شده است. نرم افزار فلوئنت با دارابودن مدل‌های احتراقی گسترده و متنوع، به یک ابزار مهم و محبوب جهت تحلیل انواع مسائل احتراقی تبدیل شده است.

تحقق وعده‌­هایی که با احتراق هیدروژن ممکن می‌شود؟

با استفاده از هیدروژن میتوان کربن را در بسیاری از بخش‌های اقتصادی از بین ببرد. هیدروژن میتواند به طور مستقیم در پیل­‌های سوختی برای انرژی­‌های عاری از کربن و یا توربین­‌های گازی که تراکم انرژی بالای آنها، بالاتر بودن دمای خود اشتعالی و توانایی سوختن ضعیف آنها مطلوب ما هستند، استفاده شود. سوختن ضعیف به این معناست که در محفظه احتراق مقدار هوای موجود بیشتر از مقدار سوخت میباشد. توافق نامه آب و هوای پاریس و تعهد جامعه هواپیمایی به این نکته اشاره میکند که تا سال ۲۰۵۰ میزان انتشار آلاینده­ها باید به طور قابل توجهی کاهش یابد که همین امر باعث تحقیق و توسعه بیشتر احتراق هیدروژن خواهد شد.

سوزاندن هیدروژن در موتورها با وجود پتانسیل بالای آن به عنوان یک سوخت “طلایی” یا حامل انرژی، چالش­‌های مختلفی از جمله پدیده فلش بک (Flashback)، بی ثباتی آکوستیکی یا صوتی، احتراق خودکار و پایدار سازی شعله در داخل مشعل را ایجاد میکند. مهندسان میتوانند با شبیه سازی این چالش­ها را برطرف کنند.

شبیه سازی باعث صرفه جویی در وقت و هزینه می شود؟

آزمایش‌­های تجربی اطلاعات ارزشمندی را برای کمک به مقابله با چالش­‌های مطرح شده فراهم میکند، اما این آزمایش­‌ها گران و زمان بر هستند و استفاده صد درصدی از هیدروژن میتواند به معنای فدا شدن اجزای حیاتی و ابزار آزمایشگاهی ما باشد. شبیه سازی­‌های عددی میتواند خصوصیات عمیق‌­تری از پدیده های پیچیده­ای که داخل محفظه­‌های احتراق توربین گاز اتفاق می‌افتد را فراهم کند. به عنوان مثال: ویدئوی زیر میدان گرمایی داخل محفظه احتراق یک موتور هوایی است که با استفاده از تحلیل دینامیک سیال محاسباتی (CFD) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت پیش بینی شده است شما می‌توانید با اموزش انسیس فلوئنت در سایت fluentcfd.irمی‌توانید یادگیری نرم افزار انسیس فلوئنت را تجربه کنید.

پیش بینی دقیق چنین پدیده­‌های پیچیده‌­ای و همچنین میزان انتشار آلاینده ها در موتورهای توربین گازی، نیازمند مدل­‌هایی با دقت بالا و مقیاس‌­های معتبر برای تعیین کردن مدل­های توربولانسی، مدل‌­های احتراقی و طرح های عددی (به عنوان مثال روش QUICK، Upwind و…) می‌باشد. در مثال بالا، از مدل آشفتگی  (SBES)stress-blended eddy simulation و قابلیت مش موزاییکی انسیس برای حل ساختارهای جریان گذرا استفاده شده است. از مدل فاز گسسته در قالب اویلری-لاگرانژی برای مدلسازی اسپری سوخت و همچنین جدایش ثانویه استفاده شده است.

احتراق با استفاده از Flamelet Generated Manifold (FGM) مدل شد، که شیمی حرارتی را توسط کسر مخلوط و پیشرفت واکنش نشان میدهد. این استراتژی مدل سازی (SBES-FGM) برای پیش بینی دقیق رفتار شعله و انتشار گازها برای موتورهای جت و همچنین محفظه­‌های احتراق­ توربین­‌های گازی زمینی نیز تأیید شده است.

نواندیشان تابع قوانین جاری کشور جمهوری اسلامی ایران در زمینه حقوق مولفین و ناشرین است، چنانچه نسبت به محتوای این صفحه صاحب حق نشر هستید و درخواست حذف آن را دارد، خواهشمند است از طریق این لینک به ما اطلاع دهید.

منبع: نواندیشان
مقالات، مطالب، طرح ها و پروژه های خود را برای قرارگیری در سایت علمی آموزشی نواندیشان از اینجا بفرستید.

ادامه مطلب