Durma Noktasına Sahip Ters Akışlı Yanma Odasının Büyük Edi Benzetimi

Abstract

Durma noktasına sahip ters akışlı (stagnation point reverse flow, SPRF) yanma odasındaki zamana bağlı kompleks davranışlar büyük edi benzetimi (large eddy simulation, LES) yöntemi kullanılarak açık kaynak kodlu akış çözücüsü OpenFOAM yazılımı ile incelenmiştir. SPRF yanma odasında giriş ve çıkış yüzeyleri aynı düzlemde bulunduğu için tasarım açısından özgün bir yapıya sahiptir. Bu özellik, iç gaz re-sirkülasyonu sağlayarak geometri içerisinde kararlı ve verimli bir yanma sunarken aynı zamanda kompleks bir akış alanını da ortaya çıkarmaktadır. Anlık akış özellikleri, türbülanslı akışın istatistiksel davranışı, eleman ağı çözünürlüğü ve enerji spektrumu, LES yönteminin yanma odasındaki yeterliliğini incelemek açısından değerlendirilmiştir. Reaksiyonun olmadığı soğuk akış analiz sonuçları deneysel veriler ile karşılaştırıldığında deney verilerine oldukça yakın sonuçlar elde edilmiş olup, bu karşılaştırma, LES yöntemi ve k-denklemli grid altı modelinin bu tarz karmaşık akış dinamiklerini çözümlemek konusunda oldukça başarılı bir sonuç ortaya koyduğunu göstermiştir. Türbülans yanma etkileşimini incelemek amacıyla yanma analizleri de ayrıca incelenmiştir. Alevin türbülanslı yapılarla etkileşimi, yoğun iç gaz re-sirkülasyonu mekanizmasını açıklamaktadır.

Özet

The complex unsteady behavior of a stagnation point reverse flow combustor (SPRF) is investigated numerically with large eddy simulation (LES) approach using an open source flow solver OpenFOAM. The SPRF combustor has a unique design where inflow and outflow ports are located in the same plane. This feature promotes stable and efficient combustion through internal gas recirculation, and also reveals a complex flow field inside the combustor. Instantaneous flow features, statistical behavior of the turbulent flow, the effect of grid resolution and energy spectrum are evaluated to study the capability of the LES approach for this combustor. The non-reacting cold flow results show overall very good agreement with experimental data, giving confidence that LES with k-equation subgrid model could be a very powerful tool for resolving such complex flow dynamics. Further analyses are extended for reacting cases to examine turbulence combustion interaction. The interaction of the flame with turbulent structures clarified the intense internal gas recirculation mechanism.