شماره ركورد
33646
پديد آورنده
سيداحمدرضا صالحي
عنوان
مدلسازي احتراق قطره سوخت مايع تحت شرايط تمسفريك
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي هوافضا
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/03/21
استاد راهنما
حجت قاسمي
استاد مشاور
-
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
احتراق قطرات سوخت مايع يكي از پديدههاي اساسي و در عين حال پيچيده در حوزه مهندسي بهشمار ميرود كه نقشي حياتي در عملكرد سامانههاي حرارتي و پيشرانشي، از جمله موتورهاي احتراقي، توربينها، راكتورها و موتورهاي جت ايفا ميكند. در همين راستا، هدف از اين پژوهش، مدلسازي عددي فرآيند گذراي تبخير و احتراق يك قطره منفرد سوخت تكجزيي تحت شرايط دماي زياد، فشار اتمسفريك، محيط ساكن و گرانش صفر است. بدين منظور، معادلات بقاء گونه، مومنتوم و انرژي در فاز گاز و معادله بقاء انرژي در فاز مايع بهصورت عددي و با رويكرد حجم محدود و روش كاملاً ضمني حل شدهاند. همچنين، خواص ترموفيزيكي بهصورت تابعي از دما تعريف شدهاند و در طول زمان و مكان تغيير ميكنند. از سوي ديگر، واكنش شيميايي سوخت نيز با بهرهگيري از يك واكنش كلي در مدل لحاظ شده است. بهمنظور اعتبارسنجي، نتايج حاصل براي سوخت هپتان در فرآيند تبخير خالص با دادههاي تجربي در بازهي دمايي 470 تا 740 كلوين و در فرآيند احتراق با دادههاي عددي در بازهي دمايي 1200 تا 1600 كلوين مقايسه شدهاند. اثر دماي محيط، قطر اوليه قطره، و همچنين تركيب گاز محيط بر فرآيند تبخير يا سوزش بررسي شده و تغييرات قطر قطره، نرخ متوسط تبخير يا سوزش، دما و محل استقرار شعله به دست آمدهاند.
نتايج نشان ميدهند كه اثر افزايش دما بر نرخ سوزش، حدود 3 درصد بيشتر از اثر افزايش قطر اوليه ارزيابي شده است. از طرفي، افزايش دماي اوليه سطح قطره بهدليل كاهش مدت زمان گرمايش، موجب كاهش زمان پايان عمر قطره شده، ولي تأثير محسوسي بر دماي شعله و مكان تشكيل آن ندارد. علاوه بر اين، با افزايش سهبرابري غلظت اوليه اكسيژن در هوا، دماي شعله بيش از 1000 كلوين افزايش يافته و شعله در شعاعهايي بسيار نزديك به سطح قطره شكل ميگيرد. در مقابل، افزايش غلظت اوليه كربن دياكسيد اثري معكوس نسبت به اكسيژن داشته و موجب تضعيف شعله ميگردد.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/06/26
عنوان به انگليسي
Modeling of Liquid Fuel droplet Combustion under Atmospheric Conditions
تاريخ بهره برداري
6/11/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
سيداحمدرضا صالحي
چكيده به لاتين
Combustion of liquid fuel droplets is one of the fundamental yet complex phenomena in engineering, playing a critical role in the performance of thermal and propulsion systems, including combustion engines, turbines, reactors, and jet engines. In this regard, the aim of this study is to numerically model the transient process of evaporation and combustion of a single-component liquid fuel droplet under high-temperature, atmospheric-pressure, quiescent, and zero-gravity conditions. To this end, the species, momentum, and energy conservation equations in the gas phase, along with the energy conservation equation in the liquid phase, have been numerically solved using the finite volume approach and a fully implicit method. Thermophysical properties are defined as temperature-dependent and vary over time and space. Additionally, the chemical reaction of the fuel is incorporated into the model using a single-step global reaction mechanism. For validation purposes, results for n-heptane fuel in the pure evaporation process were compared with experimental data in the temperature range of 470 to 740 K, and for the combustion process, with numerical data in the range of 1200 to 1600 K. The effects of ambient temperature, initial droplet diameter, and ambient gas composition on the evaporation or burning process were investigated. The variations in droplet diameter, average evaporation or burning rate, temperature, and flame location were obtained.
The results indicate that the effect of increasing temperature on the burning rate is approximately 3% greater than the effect of increasing the initial droplet diameter. On the other hand, increasing the initial droplet surface temperature reduces the dropletʹs lifetime due to the shortened heating period, but it has no significant impact on the flame temperature or its position. Moreover, tripling the oxygen concentration in the air increases the flame temperature by more than 1000 K and causes the flame to form at radii very close to the droplet surface. In contrast, increasing the initial carbon dioxide concentration has the opposite effect of oxygen, leading to flame weakening.
كليدواژه هاي فارسي
تبخير , اشتعال , احتراق قطره , سوخت مايع , هپتان , مدلسازي
كليدواژه هاي لاتين
Evaporation , Ignition , droplet combustion , Liquid fuel , Heptane , Modeling
Author
Ahmadreza Salehi
SuperVisor
Dr. Hajat Ghasemi