مطالعه عددی بکارگیری استفاده از ساختار ماژولار در میکرومحفظه u شکل بر مشخصه‌های احتراقی مخلوط پیش‌آمیخته هیدروژن-هوا به منظور استفاده در یک سیستم میکروترموفتوولتاییک

یکی از روش‌های موثر در افزایش حد شعله‌وری در میکرو محفظه‌های احتراقی استفاده از ساختار ماژولار و به‌کارگیری آن برای ایجاد توان‌های مختلف است. در پژوهش حاضر از هندسه‌های مختلفی مانند تک لوله مستقیم، تک لوله u شکل و ساختار ماژولار دو لوله‌ای u شکل استفاده می‌شود. در این پژوهش، اثر تغییر سرعت جریان ورودی، نسبت هم‌ارزی و ضریب رسانش حرارتی بر مشخصه‌های احتراقی مخلوط پیش‌آمیخته هیدروژن-هوا بررسی می‌شود. نتایج نشان‌می‌دهد که استفاده از تک لوله u شکل و ساختار ماژولار لوله‌های دوتایی u شکل، حد شعله‌وری به‌ازای سرعت‌های ورودی، به‌ترتیب افزایشی 27% و 54% را نسبت به تک لوله مستقیم تجربه می‌کند. نتایج نشان‌می‌دهد، استفاده از ساختار ماژولار باعث کاهش کشیدگی شعله و فاصله جبهه شعله نسبت به ورودی می‌شود که این پدیده باعث بهبود پایداری شعله می‌شود. مقایسه هندسه‌های مختلف نشان‌می‌دهد، بازده حرارتی کل تک لوله u شکل، بیشتر از سایر حالت‌ها است و کمترین بازده حرارتی کل نیز مربوط به تک لوله مستقیم است. همچنین نتایج نشان‌می‌دهد، برای محفظه‌های احتراق شامل تک لوله مستقیم، تک لوله u شکل و دو لوله u شکل بیشترین بازده حرارتی کل در نسبت هم‌ارزی 8/0 رخ داده است و با افزایش آن، بازده حرارتی کل کاهش می‌یابد. بررسی اثر ضریب رسانش حرارتی نشان‌می‌دهد، افزایش این ضریب باعث افزایش بازده حرارتی کل در تمامی هندسه‌ها می‌شود به‌نحوی که بیشترین بازده مربوط به استفاده از استیل با ضریب رسانش حرارتی w/m.k  12/36 است.

numerical investigation of modular structures in a u-shaped micro-combustor on combustion characteristics of hydrogen-air premixed mixtures for micro thermophotovoltaic applications

enhancing the flammability limit in micro-combustors can be effectively achieved through the implementation of modular structures, facilitating their application across varying power outputs. this study examines the performance of different geometries, including a single straight tube, a single u-shaped tube, and a modular double u-shaped tube configuration. the effects of inlet flow velocity, equivalence ratio, and thermal conductivity coefficient on the combustion characteristics of a hydrogen-air premixed mixture are investigated. the results demonstrate that the use of single u-shaped tubes and modular double u-shaped tube configurations increases the flammability limit for inlet velocities by 27% and 54%, respectively, compared to single straight tubes. additionally, the modular structure reduces flame stretch and the flame front distance from the inlet, enhancing flame stability. a comparison of geometries reveals that the single u-shaped tube achieves the highest total thermal efficiency, whereas the single straight tube exhibits the lowest. furthermore, for the straight tube, single u-shaped tube, and dual u-shaped tubes the highest total thermal efficiency is observed at an equivalence ratio of 0.8, beyond which efficiency decreases. analysis of the thermal conductivity coefficient indicates that increasing this parameter enhances total thermal efficiency across all geometries, with the highest efficiency achieved using steel with a thermal conductivity coefficient of 12.63 w/m·k.