چکیده در تحقیق حاضر جریان سیال و انتقال حرارت در اطراف استوانه متخلخل تحت کشش مورد تحلیل و بررسی قرار گرفته است. معادلات پیوستگی، مومنتوم و انرژی در مختصات استوانه با استفاده از متغیر های تشابهی مناسب به معادلات دیفرانسیل عادی تبدیل شده و این معادلات به صورت عددی و تحلیلی حل شده اند. اثرات تزریق و مکش جریان از مرز متخلخل استوانه تحت کشش بر میدان جریان و انتقال حرارت مطالعه شده است. با استفاده از آنالیز مرتبه متغیرها و استفاده از پروفیلهای تشابهی تقریبی دو رابطه تحلیلی جدید برای ضریب اصطکاک سطحی و ضخامت لایه مرزی در اطراف استوانه پیشنهاد شده است. همچنین اثرات تشعشع بر انتقال حرارت در اطراف استوانه تحت کشش برای نخستین بار مدل سازی و محاسبه شده است. در ادامه، برای ارائه جواب تحلیلی برای معادلات، روش تبدیل دیفرانسل انتخاب شده است. اما این روش در حل معادله تشابهی مومنتوم دچار واگرایی شده و برای حل این مشکل واگرایی، ایده هایی که برای بهبود همگرایی این روش توسط محققین قبلی مطرح شده مورد آزمایش قرار گرفته اند. با نشان دادن ناکارامدی این ایده ها، ارائه روشی نوین برای حل مشکل واگرایی مد نظر قرار گرفته است. به همین منظور، روشی جدید با قابلیتهایی بهتر با عنوان تبدیل دیفرانسیل چند گامی در تحقیق حاضر معرفی شده است. تبدیل دیفرانسیل چند گامی بدون مواجه شدن با مشکل واگرایی جواب تحلیلی برای معادله تشابهی مومنتوم ارائه نموده است. در انتها یک رابطه تحلیلی جدید برای nu در اطراف استوانه پیشنهاد شده است. کلید واژه: استوانه تحت کشش، مرز متخلخل، تبدیل دیفرانسیل چند گامی، اثرات تشعشع، تزریق و مکش

مشکلاتی از قبیل ناپایداری و غیر یکنواختی شعله و همچنین آلایندههای بالا و بسیاری از مشکلات دیگر دانشمندان را به سوی استفاده از تکنیکهای نوین احتراق سوق داده است. تکنیکهای نوین احتراق را می توان به شاخه های بسیار زیادی تقسیم بندی کرد همانند استفاده از سوخت های جدید همانند هیدروژن و یا تکنیکهایی برای بهبود احتراق همانند استفاده از مواد متخلخل در احتراق. در این تحقیق ما به مورد دوم یعنی استفاده از مواد متخلخل پرداخته ایم. از لحاظ مکان پایداری شعله می توان احتراق در مواد متخلخل را به دو دسته احتراق سطحی و احتراق مدفون تقسیم بندی کرد. استفاده از ماده متخلخلی که دارای فضای باز در ساختار متخلخل باشد اخیرا در مشعل ساخته شده توسط الزتا ارایه شده و فواید استفاده از این هندسه بیان شده است. در تحقیق حاضر همانطور که قبلا نیز ذکر شد با در نظر گرفتن یک مشعل متخلخل استوانه ای که شعله روی سطح آن تشکیل می شود و با ایجاد میزان مشخصی فضای باز در دیواره سعی شده تا اثر ایجاد فضای باز در این نوع مشعلها مطالعه شود. نتایج بدست آمده بسیار امیدوار کننده بوده است. با این کار به رنج وسیعی از کارکرد مشعل می توان دست پیدا کرد و همچنین احتراق در مخلوط بسیار رقیق در این نوع مشعل بسیار پایدار تر از مشعل تمام متخلخل می باشد. از فواید دیگر آن می توان به افت فشار کمتر و پایداری شعله با سرعت بالاتر در این مشعلها اشاره کرد.

در این تحقیق، احتراق پیش آمیخته در مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد، در یک محفظه متقارن محوری شبیه سازی عددی و مطالعه شده است. معادلات حاکم بر مسئله شامل معادلات پیوستگی، اندازه حرکت، انرژی و جزءها با استفاده از روش عددی حجم محدود حل شده اند. در این شبیه سازی از مکانیزم احتراقی چند مرحله ای کاهش یافته و مدل آشفتگی k-? تحقیق پذیر استفاده شده است. به منظور اعتبار سنجی نتایج عددی، نمونه ای آزمایشگاهی از این مشعل ساخته شده و مورد آزمون قرار گرفته است. نتایج عددی و داده های تجربی مطابقت خوبی با هم دارند. در این مطالعه ابتدا مکانیزم احتراق در محیط ترکیبی متخلخل- شعله آزاد تشریح شده است. سپس به مقایسه مشعل ترکیبی متخلخل- شعله آزاد و مشعل تمام متخلخل پرداخته شده است. اثر پارامترهایی مانند نسبت هم ارزی، چگالی حفره محیط متخلخل، پیش گرمایش مخلوط ورودی و شرایط حرارتی دیواره محفظه بر بیشینه توان حرارتی مشعل ترکیبی مورد مطالعه قرار گرفته و در مورد اثر هریک از پارامترهای فوق بر تولید آلاینده nox نمونه ای ارائه شده است. نتایج نشان داده است استفاده از مشعل ترکیبی متخلخل شعله- آزاد توان حرارتی را نسبت به مشعل تمام متخلخل افزایش و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. همچنین مشاهده شده است که افزایش چگالی حفره در یک تخلخل ثابت، توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. نتایج نشان داده است که با افزایش هوای اضافی و همچنین کاهش هوای استوکیومتری، محدوده توان حرارتی مشعل کاهش می یابد و بیشینه توان حرارتی با شعله پایدار در مخلوط رقیق سوخت و هوا (نسبت هم ارزی 0.9) بدست می آید. مشاهده شده است که پیش گرمایش مخلوط ورودی، محدوده توان حرارتی مشعل را افزایش می دهد. همچنین با ایجاد انتقال حرارت از دیواره محفظه، حدود پایداری شعله در نرخ آتش های پایین افزایش و در نرخ آتش های بالا کاهش می یابد و تولید آلاینده no را کاهش می دهد. نتایج نشان می دهند که با افزایش سرعت مخلوط ورودی، شعله مدفون به سمت پایین دست جریان حرکت می کند.

مشعل متخلخل به دلیل مزایای انتقال حرارت تشعشعی و کنترل‏پذیری احتراق کاربردهای متنوعی در صنعت یافته‏است. در اکثر مدل‏سازی‏های عددی پیشین رژیم جریان درون محیط متخلخل آرام فرض شده و با این فرض احتراق درون محیط متخلخل بررسی شده‏است. در حالیکه مشاهدات تجربی نشان می‏دهد که تغییر رژیم از آرام به مغشوش درون محیط متخلخل برای اعداد رینولدز پایین مشاهده می‏گردد. در تحقیق حاضر به مطالعه اثرات اغتشاش در جریان احتراقی درون مشعل متخلخل پرداخته و اثرات آن بر روی توزیع دما، سرعت سوزش و انتشار آلاینده‏ها درون مشعل متخلخل استوانه‏ای بررسی شده‏است. از سینتیک کامل gri 3. برای احتراق متان/هوا استفاده می‏شود. با توجه به وجود واکنش شیمیایی در مخلوط گازی و تشعشع در فاز جامد، برای هر یک از فازها معادله انرژی جداگانه‏ای نوشته شده و ارتباط بین دو معادله انرژی با استفاده از روابط تجربی برای ضریب انتقال حرارت حجمی برقرار می‏شود. انتقال حرارت تشعشعی در معادله انرژی فاز جامد با استفاده از تقریب جهت‏های مجزا تعیین گردیده‏است. اثرات اغتشاش نیز در مدل‏سازی با استفاده از معادلات که برای محیط متخلخل اصلاح شده‏است اعمال می‏گردد. از روش حجم محدود برای حل معادلات جریان و شار تشعشعی و از حل گذرای مبتنی بر تفکیک عملگرها برای حل معادلات سخت انرژی گاز و بقای گونه‏ها استفاده شده‏است. از آنجا که چندین مدل برای جریان مغشوش درون محیط متخلخل در تحقیقات پیشین ارائه گردیده‏است، مقایسه‏ای بین دو مدل پرکاربردتر صورت گرفته و مشخص گردید مدلی که مبتنی بر نفوذپذیری سیال درون محیط متخلخل است نسبت به مدلی که تنها به نسبت تخلخل وابسته است دقت بیشتری دارد. افزایش سرعت در ناحیه شعله به دلیل انبساط حرارتی در فرایند احتراق سبب می‏شود تا مقادیر انرژی جنبشی اغتشاشی و لزجت اغتشاشی ماکروسکوپیک در ناحیه شعله با جهش ناگهانی روبرو گردند. افزایش ضرایب نفوذ به واسطه اثرات اغتشاش علاوه بر افزایش ضخامت جبهه شعله سبب می‏گردد تا حرارت آزاد شده در اثر واکنش شیمیایی با سرعت بیشتری به دو ناحیه پیش‏گرمایش و احتراق انتقال یافته و از اینرو با افزایش پیش‏گرمایش مخلوط ورودی سبب افزایش مقادیر سرعت سوزش شده و نتایج مدل‏سازی را به داده‏های تجربی نزدیکتر می‏گرداند. دمای گاز نیز در مدل مغشوش کمتر از مدل آرام پیش‏بینی شده و همخوانی بهتری را با داده‏های تجربی نشان می‏دهد. اگر چه مقادیر co مستقل از اثرات اغتشاش بوده و برای هر دو مدل آرام و مغشوش همخوانی خوبی با داده‏های تجربی دارد اما نتایج نشان می‏دهد که با در نظر گرفتن اثرات اغتشاش میزان no که در مدل آرام انحراف قابل توجهی از مقادیر تجربی در ناحیه نزدیک به نسبت هم‏ارزی یک دارد در مدل مغشوش به نتایج تجربی نزدیک می‏گردد. به طور کلی می‏توان بیان نمود که اثرات اغتشاش برای مشعل متخلخل، به ویژه برای نسبت هم‏ارزی‏های نزدیک به یک (بزرگتر از 65/0) و برای محیط متخلخلی با قطر حفره بزرگ، مهم بوده و در نظر گرفتن آن سبب نزدیک‏شدن مقادیر سرعت سوزش، توزیع دما، co و no به داده‏های تجربی می‏گردد

هدف از انجام این تحقیق مطالعه اثر بادگیر بر روی ضریب پسا در کامیونها می باشد. برای این منظور، شبیه سازی عددی جریان دوبعدی متلاطم اطراف مدلهایی از کامیون با داشتن بادگیر و بدون بادگیر مورد بررسی قرار گرفته است .