Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα

Η διαδικασία της εξάτμισης υγρών καυσίμων και η εύρεση κατάλληλων τρόπων περιγραφής της, αλλά και κατάλληλων διατάξεων όπου να πραγματοποιείται το φαινόμενο, αποτελεί ένα ερευνητικό θέμα που απασχολεί ακόμα και στις μέρες μας την επιστημονική κοινότητα. Είναι σημαντικό η εξάτμιση να πραγματοπο...

Πλήρης περιγραφή

Λεπτομέρειες βιβλιογραφικής εγγραφής
Κύριος συγγραφέας:	Τόλος, Ιωάννης
Άλλοι συγγραφείς:	Tolos, Ioannis
Γλώσσα:	Greek
Έκδοση:	2021
Θέματα:	Εξάτμιση δέσμης σταγονιδίων Μοντέλο Realizable k-ε Εξάτμιση αιθανόλης Διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα Αγωγός τετραγωνικής διατομής Εξάτμιση επτανίου Vaporization of liquid fuels Liquid fuel spray Ethanol vaporization
Διαθέσιμο Online:	http://hdl.handle.net/10889/14573

id	nemertes-10889-14573
record_format	dspace
institution	UPatras
collection	Nemertes
language	Greek
topic	Εξάτμιση δέσμης σταγονιδίων Μοντέλο Realizable k-ε Εξάτμιση αιθανόλης Διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα Αγωγός τετραγωνικής διατομής Εξάτμιση επτανίου Vaporization of liquid fuels Liquid fuel spray Ethanol vaporization
spellingShingle	Εξάτμιση δέσμης σταγονιδίων Μοντέλο Realizable k-ε Εξάτμιση αιθανόλης Διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα Αγωγός τετραγωνικής διατομής Εξάτμιση επτανίου Vaporization of liquid fuels Liquid fuel spray Ethanol vaporization Τόλος, Ιωάννης Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
description	Η διαδικασία της εξάτμισης υγρών καυσίμων και η εύρεση κατάλληλων τρόπων περιγραφής της, αλλά και κατάλληλων διατάξεων όπου να πραγματοποιείται το φαινόμενο, αποτελεί ένα ερευνητικό θέμα που απασχολεί ακόμα και στις μέρες μας την επιστημονική κοινότητα. Είναι σημαντικό η εξάτμιση να πραγματοποιείται με ένα ικανοποιητικό ρυθμό, καθώς πολλά από τα χαρακτηριστικά της φλόγας και της καύσης που θα ακολουθήσουν, εξαρτώνται κυρίως από τον ρυθμό της ατμοποίησης των σταγονιδίων και τον ρυθμό διείσδυσης του αέριου οξειδωτικού στην δέσμη σταγονιδίων. Η δέσμη σταγονιδίων είναι το αποτέλεσμα της διασποράς ενός όγκου υγρού καυσίμου (ή ενός οποιουδήποτε υγρού) μέσω κατάλληλων συσκευών που ονομάζονται ακροφύσια ψεκασμού. Στην συγκεκριμένη εργασία έγινε μία προσπάθεια να διερευνηθεί και να καταστρωθεί μια σειρά βημάτων για την μοντελοποίηση εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να γενικευτεί για την κατάστρωση μιας οποιασδήποτε υπολογιστικής προσομοίωσης και για ένα οποιοδήποτε λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Ωστόσο, για την εργασία χρησιμοποιήθηκε το εμπορικό πακέτο Fluent της Ansys. Για το συγκεκριμένο λογισμικό, λοιπόν, αναφέρονται κάποιες βασικές εξισώσεις που διέπουν τα μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν στις προσομοιώσεις. Στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις για την μοντελοποίηση εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η μία αφορούσε έναν απλό αγωγό τετραγωνικής διατομής και η άλλη, μία διάταξη πολύδισκου αναμείκτη – καυστήρα. Στην πρώτη περίπτωση ψεκάζεται δέσμη σταγονιδίων αιθανόλης σε μικρή απόσταση από το επίπεδο εισόδου του θερμού αέρα και σε εγκάρσια διεύθυνση σε σχέση με την διεύθυνση ροής του. Ο αέρας συμπαρασύρει την δέσμη διασκορπίζοντάς την και αυξάνοντας τους ρυθμούς εξάτμισης. Το μοντέλο τύρβης που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Realizable k-ε, ενώ για την προσομοίωση της διακριτής φάσης επιλέχθηκε το μοντέλο DPM (Discrete Phase Model) του Fluent, το οποίο είναι ένα μοντέλο τύπου Euler – Lagrange. Τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από μία παρόμοια προσομοίωση από εργασία της βιβλιογραφίας. Ειδικότερα, συγκρίνονται η θερμοκρασία της διακριτής φάσης και η μείωση της μέσης διαμέτρου των σταγονιδίων κατά μήκος του αγωγού. Η σχετικά απλή διάταξη της πρώτης περίπτωσης, αποτελεί ουσιαστικά μια εισαγωγή για πολυπλοκότερες διατάξεις, όπως αυτή της δεύτερης περίπτωσης. Στην δεύτερη περίπτωση, λοιπόν, δέσμη σταγονιδίων επτανίου ψεκάζεται μέσα στην μικρή κοιλότητα του πολύδισκου αναμείκτη – καυστήρα και σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτήν του θερμού αέρα εισόδου. Η επιλογή αυτή σε συνδυασμό με τους δίσκους της διάταξης, δημιουργούν περιδινήσεις στην ροή και τυρβώδη πεδία τα οποία ωφελούν την ανάμειξη καυσίμου – οξειδωτικού, τον διασκορπισμό της δέσμης σταγονιδίων και τους γρηγορότερους ρυθμούς εξάτμισης. Για την μοντελοποίηση του τυρβώδους πεδίου και της διακριτής φάσης επιλέχθηκαν και πάλι τα μοντέλα Realizable k-ε και DPM αντίστοιχα. Τέλος, παρουσιάζονται τα διαγράμματα της ταχύτητας και της θερμοκρασίας της διακριτής και της συνεχούς φάσης κατά μήκος της γεωμετρίας, της διαμέτρου των σταγονιδίων, καθώς και του μέσου κλάσματος μάζας επτανίου.
author2	Tolos, Ioannis
author_facet	Tolos, Ioannis Τόλος, Ιωάννης
author	Τόλος, Ιωάννης
author_sort	Τόλος, Ιωάννης
title	Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
title_short	Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
title_full	Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
title_fullStr	Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
title_full_unstemmed	Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
title_sort	υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα
publishDate	2021
url	http://hdl.handle.net/10889/14573
work_keys_str_mv	AT tolosiōannēs ypologistikēprosomoiōsētourythmouexatmisēsdesmēsstagonidiōneptaniouentoskoilotētasmerikēsproanamixēsmesyrreonreumathermouaerasediataxēpolydiskouanameiktēkaustēra AT tolosiōannēs simulationofthevaporizationrateofnheptaneturbulentsprayinsidethepartialpremixingcavityinaprimaryhotairflowofdiskpremixerburnerarray
_version_	1771297200419110912
spelling	nemertes-10889-145732022-09-05T11:17:07Z Υπολογιστική προσομοίωση του ρυθμού εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων επτανίου, εντός κοιλότητας μερικής προανάμιξης, με συρρέον ρεύμα θερμού αέρα σε διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα Simulation of the vaporization rate of n-Heptane turbulent spray, inside the partial premixing cavity, in a primary hot air flow of disk-premixer burner array Τόλος, Ιωάννης Tolos, Ioannis Εξάτμιση δέσμης σταγονιδίων Μοντέλο Realizable k-ε Εξάτμιση αιθανόλης Διάταξη πολύδισκου αναμείκτη-καυστήρα Αγωγός τετραγωνικής διατομής Εξάτμιση επτανίου Vaporization of liquid fuels Liquid fuel spray Ethanol vaporization Η διαδικασία της εξάτμισης υγρών καυσίμων και η εύρεση κατάλληλων τρόπων περιγραφής της, αλλά και κατάλληλων διατάξεων όπου να πραγματοποιείται το φαινόμενο, αποτελεί ένα ερευνητικό θέμα που απασχολεί ακόμα και στις μέρες μας την επιστημονική κοινότητα. Είναι σημαντικό η εξάτμιση να πραγματοποιείται με ένα ικανοποιητικό ρυθμό, καθώς πολλά από τα χαρακτηριστικά της φλόγας και της καύσης που θα ακολουθήσουν, εξαρτώνται κυρίως από τον ρυθμό της ατμοποίησης των σταγονιδίων και τον ρυθμό διείσδυσης του αέριου οξειδωτικού στην δέσμη σταγονιδίων. Η δέσμη σταγονιδίων είναι το αποτέλεσμα της διασποράς ενός όγκου υγρού καυσίμου (ή ενός οποιουδήποτε υγρού) μέσω κατάλληλων συσκευών που ονομάζονται ακροφύσια ψεκασμού. Στην συγκεκριμένη εργασία έγινε μία προσπάθεια να διερευνηθεί και να καταστρωθεί μια σειρά βημάτων για την μοντελοποίηση εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να γενικευτεί για την κατάστρωση μιας οποιασδήποτε υπολογιστικής προσομοίωσης και για ένα οποιοδήποτε λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Ωστόσο, για την εργασία χρησιμοποιήθηκε το εμπορικό πακέτο Fluent της Ansys. Για το συγκεκριμένο λογισμικό, λοιπόν, αναφέρονται κάποιες βασικές εξισώσεις που διέπουν τα μοντέλα που χρησιμοποιήθηκαν στις προσομοιώσεις. Στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις για την μοντελοποίηση εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η μία αφορούσε έναν απλό αγωγό τετραγωνικής διατομής και η άλλη, μία διάταξη πολύδισκου αναμείκτη – καυστήρα. Στην πρώτη περίπτωση ψεκάζεται δέσμη σταγονιδίων αιθανόλης σε μικρή απόσταση από το επίπεδο εισόδου του θερμού αέρα και σε εγκάρσια διεύθυνση σε σχέση με την διεύθυνση ροής του. Ο αέρας συμπαρασύρει την δέσμη διασκορπίζοντάς την και αυξάνοντας τους ρυθμούς εξάτμισης. Το μοντέλο τύρβης που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Realizable k-ε, ενώ για την προσομοίωση της διακριτής φάσης επιλέχθηκε το μοντέλο DPM (Discrete Phase Model) του Fluent, το οποίο είναι ένα μοντέλο τύπου Euler – Lagrange. Τα αποτελέσματα της μοντελοποίησης συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από μία παρόμοια προσομοίωση από εργασία της βιβλιογραφίας. Ειδικότερα, συγκρίνονται η θερμοκρασία της διακριτής φάσης και η μείωση της μέσης διαμέτρου των σταγονιδίων κατά μήκος του αγωγού. Η σχετικά απλή διάταξη της πρώτης περίπτωσης, αποτελεί ουσιαστικά μια εισαγωγή για πολυπλοκότερες διατάξεις, όπως αυτή της δεύτερης περίπτωσης. Στην δεύτερη περίπτωση, λοιπόν, δέσμη σταγονιδίων επτανίου ψεκάζεται μέσα στην μικρή κοιλότητα του πολύδισκου αναμείκτη – καυστήρα και σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτήν του θερμού αέρα εισόδου. Η επιλογή αυτή σε συνδυασμό με τους δίσκους της διάταξης, δημιουργούν περιδινήσεις στην ροή και τυρβώδη πεδία τα οποία ωφελούν την ανάμειξη καυσίμου – οξειδωτικού, τον διασκορπισμό της δέσμης σταγονιδίων και τους γρηγορότερους ρυθμούς εξάτμισης. Για την μοντελοποίηση του τυρβώδους πεδίου και της διακριτής φάσης επιλέχθηκαν και πάλι τα μοντέλα Realizable k-ε και DPM αντίστοιχα. Τέλος, παρουσιάζονται τα διαγράμματα της ταχύτητας και της θερμοκρασίας της διακριτής και της συνεχούς φάσης κατά μήκος της γεωμετρίας, της διαμέτρου των σταγονιδίων, καθώς και του μέσου κλάσματος μάζας επτανίου. Vaporization of liquid fuels and the search for suitable ways to explain the phenomenon and the appropriate geometries where the process can take place, is a subject that even nowadays occupies the scientific community. It is crucial to control vaporization rate as it is a factor that contributes a lot in the characteristics of the flame and the combustion that follows. It is proven that the vaporization rate of droplets and the rate of penetration of the oxidizing gas into a spray of fuel, has a strong influence on the kind of combustion that will occur. A liquid spray occurs when an amount of a liquid fuel (or an amount of any liquid) is getting dispersed by using a spay injection system. In this work an attempt was made to investigate and devise a series of steps for modeling the evaporation of a liquid fuel spray. The proposed methodology can also be generalized for the process of preparing any simulation and for any computational fluid dynamics program. However, for this work the program Fluent of Ansys was used. So, for this software some basic equations that govern its models are mentioned. Within the context of this work, two different arrangements were used to simulate the evaporation of a liquid fuel spay. One of them was a simple square duct arrangement and the other one was a disc – premixer burner array. In the first case, ethanol is being sprayed in a short distance from the hot air inlet plane and in a transverse direction relatively to the air’s direction. As the air flow sweeps the spray along, it disperses it and increases evaporation rates. The viscous model that was used was the Realizable k-ε, while for the simulation of the discrete phase, the DPM model (Discrete Phase Model) of Fluent was chosen, which is an Euler - Lagrange type model. The results are compared with those obtained from a similar simulation from a bibliographic work. More specifically, the discrete phase temperature and the reduction of the mean diameter of the droplets along the duct are compared. The relatively simple arrangement of the first case, is essentially an introduction to more complex arrangements, like the one of the second case. In this case, n-heptane is sprayed into the small cavity of the disc – premixer burner array and in a direction opposite to that of the hot inlet air. This option in combination with the disks of the arrangement, create vortices and turbulent flow which benefit fuel - oxidant mixing and dispersion of the spray and leads to faster evaporation. For the modeling of the turbulent flow and discrete phase, the Realizable k-ε and DPM models were selected respectively once again. Finally, the velocity and temperature of the discrete and continuous phase along the geometry are presented in contours and graphs, as well as a graph of the mean diameter of the droplets and a contour of the mean mass fraction of n-heptane are introduced. 2021-03-03T07:27:48Z 2021-03-03T07:27:48Z 2021-02-10 http://hdl.handle.net/10889/14573 gr application/pdf

Παρόμοια τεκμήρια