مطالعه ساختار شعله متان-هیدروژن در مشعل پیچشی سیدنی با استفاده از مدل احتراقی حجمی

ددر مصارف صنعتی، آلاینده‌های ناشی از احتراق سوخت‌های فسیلی در توربین‌های گازی نیروگاه‌ها در حال انتشار بوده و به همین جهت، بررسی انتشار آن­ها به خصوص در شعله­های غیرپیش‌آمیخته مورد اهمیت قرار می­گیرد. در این پژوهش، با استفاده از شبیه‌سازی عددی در نرم­افزار openfoam، اثر افزودن هیدروژن به متان در شعله غیرپیش آمیخته متان و هوا بررسی می‌شود. بدین منظور، احتراق متان با هوا در مشعل پیچشی سیدنی (sm1) به وسیله مدل‌های آشفتگی ε  k-و k-ω sst-sas، مدل تابش p1 و مدل احتراق حجمی واکنشگاه اختلاط جزئی (pasr) مدل‌سازی می‌شود. در این راستا، تاثیر دبی حجمی هیدروژن و افزایش دمای ناشی از آن برساختار شعله و گونه‌های احتراقی بررسی می‌شود. همچنین با استفاده از مدل­سازی شبیه­سازی گردابه­ بزرگ، الگوی ناحیه بازگردشی ثانویه در جریان غیرواکنشی متان و هوا نشان داده می‌شود. با افزودن هیدروژن در بالادست نواحی دما بالا از محور نازل به دلیل نفوذ سریع هیدروژن دور می­شوند. همچنین با افزودن هیدروژن به دلیل ضعف مدل­های میانگین­گیری رینولدز و عدم محاسبه ناحیه بازگردشی ثانویه، نواحی با دمای بالا اندکی افزایش ارتفاع دارند. علت کاهش کربن دی­اکسید در بالادست جریان، کمتر شدن مقدار سوخت هیدروکربنی و در پایین‌دست کامل نبودن احتراق و افزایش گونه کربن منواکسید است.

study of hydrogen-methane flame structure in sydney swirl stabilized burner using volumetric combustion model

in industrial applications, pollutants from the combustion of fossil fuels in gas turbines of power plants are being emitted, and therefore, the investigation of their emissions, especially in non-premixed flames, is of great importance. in this research, the effect of adding hydrogen to methane in a non-premixed methane-air flame is investigated using numerical simulation in openfoam software. for this purpose, the combustion of methane-air in the sydney swirl burner (sm1) is modeled using k-ε and k-ω sst-sas turbulence models, p1 radiation model, and partially stirred reactor (pasr) volumetric combustion model. in this regard, the effect of hydrogen volumetric flow rate and the resulting temperature increase on the flame structure and combustion species is investigated. also, the pattern of the secondary recirculation zone is shown in the non-reacting methane-air flow using the large eddy simulation (les) modeling. by adding hydrogen at the upstream, the high-temperature regions move away from the nozzle axis due to the rapid penetration of hydrogen. also, with the addition of hydrogen, the lack of calculation of the secondary recirculation zone by the reynolds averaged navier-stokes (rans) models, the high-temperature regions slightly increase in height. the reason for the reduction of carbon dioxide in the upstream is the decrease in the amount of hydrocarbon fuel and the incomplete combustion in the downstream and the increase in carbon monoxide.