شماره ركورد
34636
پديد آورنده
حسين واشقاني فراهاني
عنوان
مطالعه عددي اثر نوع سوخت و نسبت هم ارزي بر ناپايداري احتراق
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مكانيك
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/12/06
استاد راهنما
اميرمهدي تحسيني
استاد مشاور
-
دانشكده
مكانيك
چكيده
با افزايش تمركز بر توسعهي سوختهاي پاك براي كاهش آلايندهها، هيدروژن بهدليل پتانسيل بالاي خود در كاهش اثرات زيستمحيطي، به يكي از موضوعات كليدي پژوهشها تبديل شده است. با اين حال، چالشهاي عملياتي در سامانههاي سوخت رقيق، بهويژه ناپايداري احتراق، ضرورت انجام مطالعات پارامتري را براي تضمين عملكرد پايدار با سوختهاي جايگزين برجسته ميكند. در اين مطالعه، ناپايداري ترموآكوستيكي هيدروژن و متان خالص در يك محفظهي احتراق آزمايشگاهي با نام لوله رايكه با استفاده از روش ناوير-استوكس ميانگينگيريشدهي ناپايا بهصورت عددي بررسي شده است. بررسي حاضر بر دو رفتار ناپايداري متمايز يعني ضربان و نوسانات چرخهي حدي متمركز است. نتايج كليدي نشان ميدهد كه در هر دو سوخت، افزايش نسبت همارزي و حركت به سمت مخلوطهاي غنيتر، بهطور معناداري موجب كاهش شدت ناپايداري ترموآكوستيكي ميشود. همچنين با افزايش توان حرارتي از 1.42 كيلووات به 1.7 كيلووات، گذار از حالت ضربان به نوسانات چرخهي حدي مشاهده خواهد شد. تحليل مقايسهاي نشان ميدهد كه شعلههاي متان در شرايط سوخت رقيق نوسانات قويتري توليد ميكنند، در حالي كه هيدروژن در شرايط سوخت غنيتر بازهي ناپايداري وسيعتري دارد. با انجام تحليل مودال پيشرفته با استفاده از روش تجزيهي مودهاي پويا ، مودهاي صوتي طولي غالب و نوسانات موضعي نزديك نازل سوخت كه بر ساختار شعله تأثير ميگذارند، شناسايي شدند. بهطور خاص، هيدروژن بهدليل واكنشپذيري و نفوذپذيري بالاتر، در بازهي وسيعتري از نسبتهاي همارزي ناپايداري را حفظ ميكند، در حالي كه متان در شرايط سوخت رقيق نوسانات شديدتري نشان ميدهد. نتايج اين پژوهش نقش خواص سوخت ها در تعيين آغاز و ماهيت ناپايداريهاي ترموآكوستيكي را در سامانههاي جريان واكنشي برجسته و تاثيرپذيري رفتار سيستم در گذار از سوختهاي فسيلي به سوختهاي پاك را روشن ميسازد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/01/18
عنوان به انگليسي
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirement for the Degree of Master of Science in Mechanical Engineering
تاريخ بهره برداري
2/25/2027 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
حسين واشقاني فراهاني
چكيده به لاتين
With increasing focus on the development of clean fuels to reduce pollutants, hydrogen, due to its high potential in mitigating environmental impacts, has become one of the key topics of research. However, operational challenges in lean-fuel systems, particularly combustion instability, highlight the necessity of parametric studies to ensure stable performance with alternative fuels. In this study, the thermoacoustic instability of pure hydrogen and methane in a laboratory combustion chamber called the Rijke tube was numerically investigated using the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes (URANS) method. The present investigation focused on two distinct instability behaviors, namely beating and limit-cycle oscillations.
Key results indicate that for both fuels, increasing the equivalence ratio and moving toward richer mixtures significantly reduces the intensity of thermoacoustic instability. Additionally, increasing the thermal power from 1.42 kW to 1.7 kW leads to a transition from the beating state to limit-cycle oscillations. Comparative analysis shows that methane flames in lean-fuel conditions produce stronger oscillations, whereas hydrogen exhibits a wider instability range under richer-fuel conditions.
Advanced modal analysis using the Dynamic Mode Decomposition (DMD) method identified dominant longitudinal acoustic modes and local oscillations near the fuel nozzle that influence the flame structure. Specifically, hydrogen, due to its higher reactivity and diffusivity, sustains instability over a wider range of equivalence ratios, while methane shows more intense oscillations under lean-fuel conditions.
The findings of this study highlight the role of fuel properties in determining the onset and nature of thermoacoustic instabilities in reactive flow systems and clarify the sensitivity of system behavior in transitioning from fossil fuels to clean fuels.
كليدواژه هاي فارسي
احتراق , ترموآكوستيك
كليدواژه هاي لاتين
thermoacoustic , combustion
Author
Hossein Vasheghani Farahani
SuperVisor
Amir Mahdi Tahsini