کد مقاله کد نشریه سال انتشار مقاله انگلیسی نسخه تمام متن
168868 457957 2015 8 صفحه PDF دانلود رایگان
عنوان انگلیسی مقاله ISI
Investigation of the effect of electrode geometry on spark ignition
ترجمه فارسی عنوان
بررسی اثر هندسه الکترود بر احتراق جرقه
کلمات کلیدی
احتراق جرقه، شعله های آتش، الکترود
ترجمه چکیده
تجسم سرعت بالا و شبیه سازی های عددی برای مطالعه مکانیک سیالات پس از تخلیه جرقه و اثر بر روی فرایند احتراق در مخلوط هوا هیدروژن استفاده می شود. یک مدل محور دو بعدی از تخلیه جرقه در هوا و جرقه احتراق با استفاده از معادلات ناویرا استوکس غیر واکنشی و واکنشی شامل انتشار جرم و گرما توسعه داده شد. روش عددی استفاده از نرم افزار پالایش مش تطبیقی ​​ساختار یافته برای تولید شبیه سازی های بسیار حل شده است که برای حل دقیق تمام مقیاس های فیزیکی مکانیک سیالات پیچیده و شیمی ضروری است. شبیه سازی با سه هندسه الکترودهای مختلف برای بررسی اثر هندسه بر روی مکانیک سیالات هسته جرقه تکامل و شکل گیری شعله انجام شد. نتایج محاسباتی با تجسم سرعت بالا شلیرن از هسته جرقه و احتراق مقایسه شد. نشان داده شده است که کانال جرقه یک موج انفجاری را که در نزدیکی سطوح الکترود و استوانه ای در نزدیکی مرکز شکاف جرقه قرار دارد کروی می کند و بنابراین به شدت تحت تاثیر هندسه الکترود قرار می گیرد. رقابت ناشی از گسترش کروی و استوانه ای در شکاف جرقه و لایه مرزی بر روی سطح الکترود هر دو موجب ایجاد انعطاف پذیری می شود که منجر به شکل توری دیواره هسته گاز داغ و افزایش مخلوط شدن می شود. دما و میزان خنک کننده هسته داغ و محل مخلوط به وسیله هندسه الکترود به طور قابل ملاحظه ای اثر می گذارند و تاثیر مهمی روی اشتعال خواهند داشت. در تنظیمات الکترود فلنج، اثرات چسبنده یک میدان جریان چند بعدی ایجاد می کند و منجر به یک جلوی شعله منحنی می شود که در نتیجه کار قبلی دیده نمی شود. همچنین سطح بالای محصور شدن توسط فلنج ها باعث افزایش دمای هوا می شود و این نشان می دهد که انرژی احتراق پایین تر مورد نیاز است. نتایج این کار بینش جدیدی را در مورد نقش پدیده های جسمانی مختلف در شکل گیری و احیاء هسته جرقه و به ویژه تاثیرات مهم ویسکوزیته، گرادیان فشار، هندسه الکترود و محفظه گاز داغ به دست می دهد.
موضوعات مرتبط
مهندسی و علوم پایه مهندسی شیمی مهندسی شیمی (عمومی)
چکیده انگلیسی

High-speed schlieren visualization and numerical simulations are used to study the fluid mechanics following a spark discharge and the effect on the ignition process in a hydrogen–air mixture. A two-dimensional axisymmetric model of spark discharge in air and spark ignition was developed using the non-reactive and reactive Navier–Stokes equations including mass and heat diffusion. The numerical method employs structured adaptive mesh refinement software to produce highly-resolved simulations, which is critical for accurate resolution of all the physical scales of the complex fluid mechanics and chemistry. The simulations were performed with three different electrode geometries to investigate the effect of the geometry on the fluid mechanics of the evolving spark kernel and on flame formation. The computational results were compared with high-speed schlieren visualization of spark and ignition kernels. It was shown that the spark channel emits a blast wave that is spherical near the electrode surfaces and cylindrical near the center of the spark gap, and thus is highly influenced by the electrode geometry. The ensuing competition between spherical and cylindrical expansion in the spark gap and the boundary layer on the electrode surface both generate vorticity, resulting in the toroidal shape of the hot gas kernel and enhanced mixing. The temperature and rate of cooling of the hot kernel and mixing region are significantly effected by the electrode geometry and will have a critical impact on ignition. In the flanged electrode configuration the viscous effects generate a multidimensional flow field and lead to a curved flame front, a result not seen in previous work. Also, the high level of confinement by the flanges results in higher gas temperatures, suggesting that a lower ignition energy would be required. The results of this work provide new insights on the roles of the various physical phenomena in spark kernel formation and ignition, in particular the important effects of viscosity, pressure gradients, electrode geometry, and hot gas confinement.

ناشر
Database: Elsevier - ScienceDirect (ساینس دایرکت)
Journal: Combustion and Flame - Volume 162, Issue 2, February 2015, Pages 462–469
نویسندگان
, , ,