توسعه روش بولتزمن شبکه ای برای شبیه‌سازی احتراق شعله نفوذی آرام متان توسط مکانیزم های کاهش یافته

در این مقاله احتراق یک جت متان با استفاده از چند معادله با آهنگ واکنش محدود و توسط روش بولتزمن شبکه ای شبیه‌سازی شده است. در این مدل از دو دسته از توابع توزیع، یک دسته برای حل معادلات پیوستگی و مومنتم و دسته دیگر برای حل معادلات گرما و اجزا شیمیایی استفاده شده است. معادله بولتزمن شبکه ای برای جریان تراکم پذیر با تقریب عدد ماخ پایین مدل شده و چگالی از طریق رابطه گاز کامل به دما وابسته شده است. تولید و مصرف اجزا شیمیایی و گرمای واکنش ها به صورت جملات چشمه در معادلات بولتزمن شبکه ای وارد شده اند. استفاده از مکانیزم های کاهش یافته چند معادله ای به جای تنها یک معادله، در نظر گرفتن اثر دما و غلظت اجزا بر خواص و آهنگ واکنش ها در هر مرحله زمانی از مزیت های مدل توسعه داده شده است. مدل احتراقی با استفاده از شبیه سازی یک مکانیزم چهار معادله ای با شش جز شیمیایی در یک شعله نفوذی جت آرام متان و مقایسه نتایج با داده های تجربی اعتبار سنجی شده است. نتایج نشان می دهد مدل توسعه داده شده غلظت اجزا شیمیایی مختلف و دمای شعله را با دقت مناسبی پیش بینی می کند. این مساله از این نظر حایز اهمیت است که برای حل میدان غلظت اجزا شیمیایی متفاوت که ضرایب نفوذ آنها تابعی از مکان و دما است نیاز است تا زمان آسایش در معادله بولتزمن تابعی از دما و مکان یاشد. این امر در الگوریتم های معمول سبب ناپایداری و واگرایی حل می شود. برای حل این مشکل بازه های زمانی برای دما و هرکدام از اجزا شیمیایی در هر مرحله حل اصلاح می شوند تا مشکل ناپایداری حل برطرف گردد.