خاموشی آکوستیکی شعله‌ جریان متقابل در روش‏ اختلاط پیش‌آمیخته‌ ‌جزئی

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 روش‏ اختلاط پیش‌آمیخته جزئی، به روش تجربی بررسی شده است. اثر نحوه اختلاط سوخت و هوا بر برهمکنش شعله با امواج آکوستیک، 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 روش‏‌های 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 واکنش‌دهنده‌های بالا و پایین است؛ اما توزیع حرارت و توزیع رادیکال ch* تحت اثر اختلاط تغییر پیدا می‌کنند. نتایج تجربی نشان داد، در بسامد‌های پایین (حدود 20 هرتز) شعله‌ غیرپیش‌آمیخته، به‌دلیل حضور مقیاس زمانی اختلاط، پایداری کمتری نسبت به دو شعله دیگر دارد و در دامنه فشار آکوستیکی ضعیفتری خاموش می‌شود. اثرات اختلاط بر پدیده‌ خاموشی تا بسامد 55 هرتز مشهود است و در بسامد‌های بالاتر، نحوه‌ اختلاط، اثری بر دامنه‌ امواج آکوستیکی لازم برای خاموشی شعله ندارد. بررسی نورتابی شیمیایی رادیکال ch* شعله‌ جریان متقابل پیش‌آمیخته‌ ‌جزئی نشان داد، در بسامد پایین شعله‌ تحریک شده نسبت به شعله‌ پایا و بدون تحریک، ضخامت، سطح و نرخ آزادسازی حرارت میانگین کمتری دارد. با افزایش بسامد ضخامت، سطح و نرخ آزادسازی میانگین شعله از شعله پایا بیشتر می‌شود؛ اما افزایش دامنه امواج آکوستیکی در بسامد‌های نسبتاً بالا تاثیر محسوسی بر ساختار شعله نخواهد داشت.

acoustic extintion of partially premixed counterflow flame

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.