شبيه سازي تبخير قطره سوخت چندجزئي با استفاده از ترموديناميك پيوسته

كارشناسي ارشد

در اين پايان‌نامه تبخير يك قطره‌ي سوخت چندجزئي با استفاده از ترموديناميك پيوسته شبيه‌سازي شدهاست. اين روش براي توصيف ساختار سوخت از يك تابع توزيع چگالي احتمال نسبت به يك يا دو متغير استفاده مي‌كند. در گام اول معادلات انتقالي ديفيوژن گونه‌ها برحسب پارامترهاي تابع توزيع، توسعه داده‌شده و براي بخار سوخت و متوسط و ممان دوم توزيع نوشته شده‌اند. سپس فرم ترموديناميك پيوسته‌ي معادله‌ي انرژي و روابط محاسبه‌ي خواص فيزيكي برحسب متغير توزيع انتخابي توسعه داده‌شده‌ و درنهايت معادلات انتقال در فرم پيوسته در يك مدل حجم محدود براي تبخير قطره جايگذاري شده‌اند. حل عددي اين معادلات و معادلات بقاي جرم و گونه‌ها در سطح قطره نرخ تبخير قطره، ساختار مخلوط در فاز بخار پيرامون قطره و تغييرات ساختار مايع با زمان را ارائه مي‌دهد. در اين كار از تابع توزيع گاما با جرم مولكولي به عنوان متغير توزيع براي توصيف ساختار سوخت استفاده شده‌است. اين مدل پس از اعتبارسنجي، براي شبيه‌سازي تبخير قطره‌ي مازوت به كار گرفته ‌شدهاست. بدين‌منظور پارامترهاي توزيع گاما براي مازوت محاسبه شده و سپس به‌همراه روابط مناسب براي محاسبه‌ي خواص آن در مدل جايگذاري شده‌اند. استفاده از اين مدل زمان لازم براي انجام محاسبات را به كم‌تر از يك دقيقه كاهش مي‌دهد. نتايج حاصل از شبيه‌سازي تبخير قطره‌اي با دماي سطح K 300 و قطر‌μm 100 كه در محيطي با دماي K 700 قرار گرفته نشان مي‌دهد كه 80% حجم قطره در s 5/0 اول تبخير مي‌شود؛ يعني تنها حدود 3/0 عمر قطره. در اين زمان جرم مولكولي متوسط قطره از (kg/kmol) 463 به (kg/kmol) 750 مي‌رسد؛ كه بيان‌گر اين مطلب است كه اجزاي سبك موجود در قطره با قرار گرفتن در محيط گرم به سرعت به دماي جوششان رسيده و تبخير شده‌اند و قطره‌ي سنگيني را بر جاي گذاشته‌اند كه دماي جوش بسيار بالا و لذا نرخ تبخير به شدت كم‌تري دارد. از سوي ديگر با بررسي تغييرات ساختار فاز گاز پيرامون قطره مشخص شده‌است كه اين اجزا پس از وارد شدن به فاز بخار ديفيوز شده و منجر به وجود آمدن گراديان‌هاي شديد دما و غلظت در نزديكي سطح قطره مي‌شوند.

190882

دانشگاه علم و صنعت ايران

تبديل انرژي

دكتر حجت قاسمي