دانلود پایان نامه ارشد درمورد فضای فیزیکی و شبیه‌سازی

3-9- معرفی چند مدل احتراقی مهم
3-9-1- مدل EBU (Eddy Breakup)
این مدل احتراقی بر پایه‌ی توربولانس کنترلی و بر اساس فرمول مگنوسن می‌باشد. پیش فرض این مدل این است که اشتعال پیش‌آمیخته‌ی توربولانت، واکنش‌دهنده‌ها (سوخت و اکسیژن)، در ادی‌های یکسانی نگهداری شده و از ادی‌های داغ محصولات احتراق به‌طور جداگانه نگهداری می‌شود. بر طبق این مدل، نرخ استهلاک این ادی‌ها تعیین‌کننده‌ی نرخ احتراق بر پایه‌ی رابطه‌ی زیر خواهد بود:
(3-34)
دو عبارت اولِ عبارت مینیمم داخل پرانتز، مشخص‌کننده‌ی این است که آیا سوخت یا اکسیژن با مقداری محدود موجود می‌باشد یا نه و عبارت سوم مشخص‌کننده‌ی احتمال واکنش می‌باشد که تضمین‌کننده‌ی عدم گسترش شعله در غیاب محصولات داغ احتراق است. معادله‌ی بالا دربرگیرنده‌ی سه ضریب ثابت
Cfu, τR, Cp می‌باشد. Cfu بین 3 تا 25 بوده و برای موتورهای احتراق متفاوت متغیر است و مقدار بهینه با توجه به مقادیر تجربی مشخص می‌شود. در این مدل، گازهای نسوخته به گونه‌هایی تجزیه می‌شوند که بتوانند ناحیه‌ی حائل بین مخلوط نسوخته و گازهای داغ حاصل از احتراق را برای شروع واکنش تشکیل دهند.
3-9-2- مدل ECFM-3Z (Extended Coherent Flame Model-3 Zones)
مدل ECFM-3Z بین 3 رژیم عمده‌ی مربوط به احتراق دیزل یعنی خوداشتعالی، اشتعال پیش‌آمیخته و غیر‌پیش‌آمیخته (یا احتراق نفوذی) تمایز قائل است. پیش‌واکنش‌های خود اشتعالی در داخل مخلوط سوخت-هوای پیش‌آمیخته محاسبه شده و تأخیر در اشتعال به‌وسیله‌ی دما، فشار، نسبت هم‌ارزی، و مقدار گاز باقیمانده‌ی منطقه‌ای کنترل می‌شود. خود اشتعالی منطقه‌ای به دنبال احتراق پیش‌آمیخته در سوخت، هوا و گازهای باقیمانده‌ی تشکیل شده در طی زمان بین شروع پاشش و آغاز خوداشتعالی صورت می‌گیرد. رژیم سوم مربوط به احتراق نفوذی یا پخشی است که واکنش در یک منطقه‌ی باریک که سوخت و اکسید‌کننده را از هم جدا می‌کند، اتفاق می‌افتد. در مدل مزبور فرض بر این است که زمان شیمیایی در منطقه‌ی واکنشی بسیار کوچک‌تر از زمان مورد نیاز برای فرآیند پخشی است. در نتیجه نرخ واکنش در حین احتراق پخشی به‌طور کلی با اختلاط مابین سوخت و اکسیدکننده مشخص می‌شود. نمایی از چگونگی کارکرد این مدل در سه فاز مورد اشاره در شکل 3- 5 به تفصیل نشان داده شده است.
شکل 3- 5: شماتیک کارکرد مدل ECFM-3Z در موتور دیزل
برای افشانه‌ی سوخت دیزل، قطرات سوخت بسیار به هم نزدیک بوده و در ناحیه‌ای که اساساً از سوخت تشکیل‌یافته قرار داده می‌شوند. بعد از تبخیر سوخت، مدت‌زمان کافی برای اختلاط از ناحیه‌ی سوخت خالص با هوای محیط مورد نیاز است. در این حالت، مخلوط شدن سوخت با هوا با قرار دادن اولیه‌ی مقداری سوخت در ناحیه‌ی “سوخت خالص” مدل‌سازی می‌شود. معادله‌ی انتقال برای “سوخت مخلوط نشده” حل شده و در آن انتقال ترم بنیادی سوخت از حالت غیر مخلوط به مخلوط با رابطه‌ی زیر توصیف می گردد:
(3-35)
در این رابطه جزء جرمی سوخت غیر مخلوط، MM جرم مولی میانگین در ناحیه‌ی اختلاطی،
MFu جرم مولی سوخت، ρ̄ چگالی متوسط، uρ̄ چگالی گازهای نسوخته (چگالی گازهای تازه که در صورت اتفاق نیفتادن احتراق به‌دست می‌آید)، و mτ زمان اختلاط می‌باشد.
3-9-3- مدل PDF (Probability Density Function)
این مدل قادر به مدل‌سازی توربولانس مربوط به لحظه‌ی شروع احتراق تا پایان می‌باشد که این امر از طریق ارزیابی مقادیر میانگین خصوصیات واکنشی صورت می‌پذیرد. مدل‌های دیگر فاقد دقت لازم در محاسبه‌ی نرخ واکنش در مورد اشتعال و تأثیرات آشفتگی در مدل احتراق می‌باشند و لذا در این پایان‌نامه نیز از همین مدل برای احتراق استفاده شده است. ضمن اینکه این مدل، تنها مدلی است که تأثیرات توربولانس را در نظر می‌گیرد. این مدل با معرفی c به عنوان متغیر پیشروی واکنش، نسبت اختلاط f، و آنتالپی h معرفی می‌گردد. در این روش تابع تابعی از c، f و h است. این تابع توسط تکنیک شبیه‌سازی مونت کارلو حل شده است. معادله‌ی انتقال PDF به صورت زیر می‌باشد:
(3-36)
عبارت دوم از سمت چپ و عبارت اول از سمت راست معادله‌ی 3-36 انتقال احتمال را در فضای فیزیکی تعریف می‌کند. عبارت سوم از سمت چپ تأثیر واکنش شیمیایی را روی تابع چگالی احتمال نشان می‌دهد. و عبارت آخر از سمت راست نشان‌گر اختلاط توربولانت بین محصولات واکنش و واسطه‌ها است.
مصرف محصولات و نرخ پیش‌روی واکنش به صورت زیر می‌باشند:
(3-37)
(3-38)
همچنین، همرفت توربولانت با کمک گرادیان دیفیوژن توسط رابطه‌ی 3-39 به‌دست می‌آید:
(3-39)
3-10- جمع‌بندی
پس از معرفی روش‌ها و مدل‌ها در این فصل، در فصل آتی نتایج نهایی حاصل بررسی می‌شوند. این نتایج به صورت منحنی‌ها، نمودارها و کانتورها نمایش داده خواهند شد. پیش از ورود به فصل چهارم، مدل‌های به‌کاررفته در این پایان‌نامه به صورت خلاصه در جدول 3- 5 بیان می‌گردند.