Efectos de la Velocidad Media de Entrada y el Diámetro de las Gotas en la Propagación de Llamas Turbulentas en Forma de V en Mezclas Cargadas de Gotas
Autores: Ozel Erol, Gulcan; Chakraborty, Nilanjan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Efectos de la Velocidad Media de Entrada y el Diámetro de las Gotas en la Propagación de Llamas Turbulentas en Forma de V en Mezclas Cargadas de Gotas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Forma en V
N-heptano
Gotas
Velocidad media de flujo
Estructura de la llama
Comportamiento de combustión
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se han realizado simulaciones numéricas directas en fase de portador tridimensional de llamas de spray en V de n-heptano para diferentes diámetros de gota inicialmente mono-tamaño con el fin de investigar la influencia de la velocidad media del flujo en la tasa de combustión y la estructura de la llama en diferentes ubicaciones axiales desde el soporte de la llama. El combustible se suministra en forma de gotas líquidas a través de la entrada y se mantiene una relación de equivalencia general (es decir, líquida + gaseosa) de unidad en el gas no quemado. Además, se han simulado llamas de n-heptano premiscladas estequiométricas turbulentas en las mismas condiciones de flujo turbulento para distinguir las diferencias en el comportamiento de combustión de la combustión premisclada en fase gaseosa pura en comparación con el comportamiento correspondiente en presencia de gotas de n-heptano líquido. Se ha encontrado que la mezcla gaseosa reactante arde predominantemente en modo pobre en combustible y la disponibilidad de tener una mezcla pobre en combustible aumenta con el aumento de la velocidad media del flujo. Se ha encontrado que la extensión de las arrugas de la llama para los casos de gotas es mayor que la de las llamas premiscladas gaseosas correspondientes debido a la interacción llama-gota, que se manifiesta por hendiduras en la superficie de la llama, y esta tendencia se fortalece con el aumento del diámetro de la gota. A medida que el tiempo de residencia de las gotas dentro de la llama disminuye con el aumento de la velocidad media de entrada, las gotas pueden sobrevivir durante distancias axiales más largas antes de completar su evaporación en los casos con mayor velocidad media de entrada, lo que lleva a mayores extensiones de interacción llama-gota y arrugas de llama inducidas por gotas. La velocidad media de entrada, el diámetro de la gota y la distancia axial afectan el grosor del cepillo de la llama. El cepillo de la llama se espesa con el aumento del diámetro de la gota para los casos con mayor velocidad media de entrada debido a la predominancia de la mezcla gaseosa pobre en combustible dentro de la llama. Sin embargo, se ha observado un comportamiento opuesto para los casos con menor velocidad media de entrada, donde la menor extensión de arrugas de la llama debido a los menores valores de la relación entre la escala de longitud integral y el grosor de la llama, que surge de la mayor probabilidad de combustión pobre en combustible para gotas más grandes, domina sobre el engrosamiento del frente de la llama. Se ha encontrado que la mayor parte de la liberación de calor se debe al modo de combustión premisclada para todos los casos, pero se ha encontrado que la contribución del modo de combustión no premisclada a la liberación total de calor aumenta con el aumento de la velocidad media de entrada y el diámetro de la gota. El aumento en la velocidad media de entrada produce un aumento en los valores medios de consumo y velocidad de desplazamiento ponderada por densidad para los casos de gotas, pero lleva a una disminución en la velocidad de combustión turbulenta. Por el contrario, un aumento en el diámetro de la gota da lugar a disminuciones en la velocidad de combustión turbulenta y en los valores medios de consumo y velocidades de desplazamiento ponderadas por densidad. Se han proporcionado explicaciones físicas detalladas para explicar las dependencias observadas del comportamiento de propagación de la llama con respecto a la velocidad media de entrada y el diámetro de la gota.
Descripción
Se han realizado simulaciones numéricas directas en fase de portador tridimensional de llamas de spray en V de n-heptano para diferentes diámetros de gota inicialmente mono-tamaño con el fin de investigar la influencia de la velocidad media del flujo en la tasa de combustión y la estructura de la llama en diferentes ubicaciones axiales desde el soporte de la llama. El combustible se suministra en forma de gotas líquidas a través de la entrada y se mantiene una relación de equivalencia general (es decir, líquida + gaseosa) de unidad en el gas no quemado. Además, se han simulado llamas de n-heptano premiscladas estequiométricas turbulentas en las mismas condiciones de flujo turbulento para distinguir las diferencias en el comportamiento de combustión de la combustión premisclada en fase gaseosa pura en comparación con el comportamiento correspondiente en presencia de gotas de n-heptano líquido. Se ha encontrado que la mezcla gaseosa reactante arde predominantemente en modo pobre en combustible y la disponibilidad de tener una mezcla pobre en combustible aumenta con el aumento de la velocidad media del flujo. Se ha encontrado que la extensión de las arrugas de la llama para los casos de gotas es mayor que la de las llamas premiscladas gaseosas correspondientes debido a la interacción llama-gota, que se manifiesta por hendiduras en la superficie de la llama, y esta tendencia se fortalece con el aumento del diámetro de la gota. A medida que el tiempo de residencia de las gotas dentro de la llama disminuye con el aumento de la velocidad media de entrada, las gotas pueden sobrevivir durante distancias axiales más largas antes de completar su evaporación en los casos con mayor velocidad media de entrada, lo que lleva a mayores extensiones de interacción llama-gota y arrugas de llama inducidas por gotas. La velocidad media de entrada, el diámetro de la gota y la distancia axial afectan el grosor del cepillo de la llama. El cepillo de la llama se espesa con el aumento del diámetro de la gota para los casos con mayor velocidad media de entrada debido a la predominancia de la mezcla gaseosa pobre en combustible dentro de la llama. Sin embargo, se ha observado un comportamiento opuesto para los casos con menor velocidad media de entrada, donde la menor extensión de arrugas de la llama debido a los menores valores de la relación entre la escala de longitud integral y el grosor de la llama, que surge de la mayor probabilidad de combustión pobre en combustible para gotas más grandes, domina sobre el engrosamiento del frente de la llama. Se ha encontrado que la mayor parte de la liberación de calor se debe al modo de combustión premisclada para todos los casos, pero se ha encontrado que la contribución del modo de combustión no premisclada a la liberación total de calor aumenta con el aumento de la velocidad media de entrada y el diámetro de la gota. El aumento en la velocidad media de entrada produce un aumento en los valores medios de consumo y velocidad de desplazamiento ponderada por densidad para los casos de gotas, pero lleva a una disminución en la velocidad de combustión turbulenta. Por el contrario, un aumento en el diámetro de la gota da lugar a disminuciones en la velocidad de combustión turbulenta y en los valores medios de consumo y velocidades de desplazamiento ponderadas por densidad. Se han proporcionado explicaciones físicas detalladas para explicar las dependencias observadas del comportamiento de propagación de la llama con respecto a la velocidad media de entrada y el diámetro de la gota.