خاموشی آکوستیکی شعله جریان متقابل در رژیم اختلاط پیش‌آمیخته‌جزئی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

2 دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

3 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

10.22034/er.2024.2025721.1044

چکیده

در موتورهای جرقه‌ای، پس از غیرفعال شدن جرقه‌زن، تحت شرایط خاصی ممکن است خاموشی محلی یا خاموشی کلی شعله رخ بدهد. شناسایی و پیش‌بینی این پدیده، در رفع ناپایداری احتراق موتورهای جرقه‌ای، نقش مهمی دارد. در این پژوهش، پدیده خاموشی آکوستیک یک شعله جریان متقابل متان-هوا در رژیم اختلاط پیش‌آمیخته جزئی، به روش تجربی بررسی شده است. اثر نحوه اختلاط سوخت و هوا بر برهمکنش شعله با امواج آکوستیکی، به طور خاص توجه شده و به کمک روش غیرتداخلی نورتابی شیمیایی رادیکال CH* اثرات تحریک آکوستیکی بر ساختار شعله مطالعه شده است. برای مطالعه تفاوت‌های ساختار شعله در رژیم‌های اختلاطی پیش‌آمیخته، پیش‌آمیخته جزئی و غیرپیش‌آمیخته، شبیه‌سازی یک‌بعدی پایا شعله به همراه نتایج نورتابی شیمیایی و طیف‌سنجی شعله استفاده شده است. نقطه سکون میدان جریان شعله، وابسته به نسبت ممنتوم جریان‌های نازل بالا و پایین است؛ اما توزیع حرارت و توزیع رادیکال CH* تحت اثر اختلاط تغییر پیدا می‌کنند. نتایج تجربی نشان داد، در فرکانس‌های پایین (حدودا 20 هرتز) شعله غیرپیش‌آمیخته، به‌دلیل حضور مقیاس زمانی اختلاط، پایداری کمتری نسبت به دو شعله دیگر دارد و در دامنه فشار آکوستیکی پایین‌تری خاموش می‌شود. اثرات اختلاط بر پدیده خاموشی تا فرکانس 55 هرتز مشهود است و در فرکانس‌های بالاتر، نحوه اختلاط، اثری بر دامنه امواج آکوستیک لازم برای خاموشی شعله ندارد. بررسی نورتابی شیمیایی رادیکال CH* شعله جریان متقابل پیش‌آمیخته‌جزئی نشان داد، در فرکانس پایین شعله تحریک شده نسبت به شعله پایا و بدون تحریک، ضخامت، سطح و نرخ آزادسازی حرارت میانگین کمتری دارد. با افزایش فرکانس ضخامت، سطح و نرخ آزادسازی میانگین شعله از شعله پایا بیشتر می‌شود؛ اما افزایش دامنه امواج آکوستیکی در فرکانس‌های بالا تأثیر محسوسی بر ساختار شعله نخواهد داشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Acoustic Extinction of Partially Premixed Counterflow flame

نویسندگان [English]

  • Mohammad Ali Akhtardanesh 1
  • Mohammad Javad Hosseinkhani 2
  • Mohammad Farshchi 3
1 Aerospace Engineering Department of Sharif University of Technology; Tehran; Iran
2 Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
3 Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

In spark ignition engines, local or global flame extinction may occur after the ignition spark deactivates, posing challenges to engine stability. Identifying and predicting this phenomenon is crucial for addressing combustion instability. This study investigates the acoustic extinction of a partially premixed methane-air counterflow flame. The focus is on the impact of fuel-air mixing on flame behavior under acoustic waves, using non-intrusive CH* chemiluminescence. One-dimensional steady flame simulations, alongside flame chemiluminescence and spectrometry, are employed to discern differences in flame structure among various mixing regimes. The stagnation point of the reactant jet varies with the momentum flux ratio of upper and lower nozzle flows; while mixing effects alter temperature and CH* radical distributions. Experimental results reveal that at low frequencies (~20 Hz), the non-premixed flame, due to its mixing time scale, exhibits lower stability and extinguishes at lower acoustic pressure levels compared to the other flames. Mixing effects on extinction are notable up to 55 Hz, beyond which they become negligible. CH* chemiluminescence analysis of the partially premixed flame shows reduced thickness, area, and average heat release rate at low frequencies compared to the steady-state flame. With increasing frequency, these parameters increase compared to the steady-state flame; however, higher-frequency acoustic waves have minimal impact on flame structure.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Acoustic Extinction
  • Partially Premixed
  • Counterflow
  • CH* Chemiluminescence
  • Spectrometry

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از تاریخ 15 اردیبهشت 1403
  • تاریخ دریافت: 12 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری: 19 فروردین 1403
  • تاریخ پذیرش: 15 اردیبهشت 1403