Академиялык изилдөөлөр, түшүнүктүү тил

Verianla | Кыргызча академиялык изилдөөлөр жана илим

27 сентябрь 2026, Жекшемби
VERİANLAКөз карандысыз илимий басма
Менюну ачуу же жабуу
...
Башкы бет / Колдонмо илимдер / Энергетикалык изилдөөлөр / Жабык кайчылаш агымдагы метан-суутек струялары: суутек катышы струянын өтүүсүн, турбуленттүүлүктү жана отун-аба аралашуусун кантип өзгөртөт?
Энергетикалык изилдөөлөр

Жабык кайчылаш агымдагы метан-суутек струялары: суутек катышы струянын өтүүсүн, турбуленттүүлүктү жана отун-аба аралашуусун кантип өзгөртөт?

Бул изилдөө туруктуу жылуулук энергиясы киргизилген шартта көлөмү боюнча %0 менен %100 аралыгында суутек камтыган метан-суутек отундары газ турбинасынын аралаштыруу каналдарын чагылдырган жабык кайчылаш аба агымына сайылганда кантип жыларын жана аба менен кантип аралашарын изилдеген.

27/07/2026  Veri Anla 45 көрүү
Жабык кайчылаш агымдагы метан-суутек струялары: суутек катышы струянын өтүүсүн, турбуленттүүлүктү жана отун-аба аралашуусун кантип өзгөртөт?

Бу изилдөө, сабит ысыл энергия гирдиси алтында хажимже %0 менен %100 арасында хидрожен камтыган метан-хидрожен йакытларынын, газ турбинаи карыштырма каналларыны темсил еден капалы бир чапраз хава акымына енжекте едилдигинде насыл алдыга жылганын жана хавайла насыл карыштыгыны инжелемиштир. Изилдөөжылар, чоң гирдап симүласйонуну (Ларге Еддй Симулатион, LES) Рейнолдс орталамалы Navier-Stokes (RANS) хесапламаларыйла дестеклемиш; жет йөрүнгесини, йакыт нүфузаку, гирдап түзүмдөрүны, түрбүланс спектрумуну жана йакыт-хава карышмамышлыгыны каршылаштырмыштыр. LES натыйжаларында жет нүфузу хидрожен катышыйла догрусал бичимде артмамыш; ен жогорку нүфуз хажимже болжол менен %80 хидрожен камтыган карышымда байкалган. Ошондой болсо да изилдөө йанмасыз бир санысал модельдир, укукем маанилендирмесинден кечмемиштир жана сунушталган йени йөрүнге багынтылары азырынча экспериментсел катары тастыкталган эмес.

Хидрожен катышынын артмасы йакытын сабит энергия гирдиси үчүн герекли күтлесел дебисини азалтрасаен жет хызыны йүкселтмиштир. Йакыт хызы %0 хидроженли метан абалында 295 м/с икен саф хидрожен абалында 978 м/с'йе улашмыштыр. Бирок саф хидроженин чок төмөн йогунлугу себепийле моментум акысы катышы ен жогорку мааниини саф хидроженде эмес, хажимже %80 хидрожен камтыган карышымда алмыштыр. Бул каршыт еткмененр, жет нүфузакун мурда артмасына, %80 хидрожен живарында ен жогорку деңгээле улашмасына жана ардындан саф хидроженде кайра азайышына йол ачмыштыр.

Изилдөөдө йайгын Холдеман йөрүнге багынтысынын, өзелликле хажимже %80 жана %100 хидрожен кошулларында LES тарафындан өнгөрүлен нүфузу белиргин бичимде төмөн хесапладыгы көрсөтүлгөн. Изилдөөжылар йогунлук еткисини азалтып моментум акысы катышыны өне чыкаран ики өзгөртирилмиш багынты өнермиштир. Икинжи өзгөртирилмиш багынтынын, инжеленен кошуллар алтында LES натыйжаларыйла генел катары ен йакын уйуму вердиги кабарланган.

Йакыт-хава карышмамышлыгы хидрожен катышы арттыкча системалык катары азайгантыр. Бул натыйжа гана хидроженин метана боюнча дагы жогорку молекулярдык йайынымдуулукына багланмамыш; дагы жогорку жет хызынын олуштурдугу түрбүланс кинэтикалык энергиясинин карышымы кувветлендирмесинин негизги меканизма экени маанилендирилмиштир. Ошондой болсо да изилдөө түздөн-түз алев, сыжаклык же НОx олушумуну симүле етмемиштир. Даха төмөн карышмамышлыгын дагы дүзенли сыжаклык дагылымы жана дагы аз сыжак нокта олуштурабмененжеги йөнүндеки маанилендирмелер, йанмалы эксперимент же емисйон өлчөөүйле догруланмыш натыйжалар эмес.

Изилдөөнын негизги сорусуу недир?

Изилдөөнын негизги сорусуу, табигый газа хидрожен екленмесинин капалы бир газ турбинаи карыштырма каналындаки чапраз акыш жетинин йөрүнгесини жана йакыт-хава карышым калитесини насыл өзгөртирдигидир. Өзелликле айны киммыйзамл энергия гирдиси корунуркен хидрожен катышынын өзгөрмеси; йакыт йогунлугуну, күтлесел дебийи, жет хызыны, моментум акысы катышыны жана молекулярдык йайынымдуулукы айны анда өзгөртирмектедир. Бул өзелликлер бирбиринден көз карандысыз кыймыл етмедиги үчүн дагы көп хидроженин хер заман дагы жогорку же дагы төмөн жет нүфузу олуштуражагы мурдаден бкислотаче сөйленемез.

Изилдөө айрыжа табигый газ жетлери үчүн йайгын бичимде колдонулган Холдеман багынтысынын хидрожен кам көрүүындан зенгин йакытларда ишенимдүү олуп олмадыгыны араштырмыштыр. Холдеман багынтысы, сербест бир чапраз акыша енжекте едмененн ысытылмыш хава жетлеринден түретилмиш жана 15 менен 60 арасындаки моментум акысы катышларында догруланмыштыр. Бул изилдөөдаки маанилер исе 9,09 менен 14,09 арасындадыр жана йакыт бмененшимлери метандан саф хидрожене чейин узанмактадыр.

Литератүрде ханги бошлук максатленмиштир?

Чапраз акыша жет (жет ин жроссфлоw, JICF) түзүлүшсы; йакыт-хава карыштырма, йанма одасы сейрелтме хавасы жана турбина канады чарпма согутмасы сыяктуу уйгуламаларда йайгын бичимде кулланылмактадыр. Сербест же дуварларла чек араландырылмамыш жетлер укуккында гениш бир литератүр булунмасына рагмен герчек газ турбинаи карыштырма каналларына бензейен капалы геометрмененр дагы аз изилденген.

Хидрожен камтыган йакытларла йүрүтүлен мурдаки изилдөөларын өнемли бөлүмү реакциялу алевлери, лаборатувар өлчегиндеки сербест жетлери же белирли хидрожен катышларыны еле алмыштыр. Бул изилдөөнүн максатледиги бошлук; %0, %40, %60, %80 жана %100 хидрожен карышымларынын айны энергия гирдисинде, пратик бир газ турбинаи брүлөрүнден түретилмиш капалы жана йанмасыз бир карыштырма каналындаки йөрүнге жана карышым жүрүм-турумынын бирликте маанилендирилмесидир.

Чапраз акыш жетинде ханги акыш түзүмдөрү олушмактадыр?

Чапраз йөнде мененрлейен хава акымына дик катары маалыматлен йакыт жети, дүз бир чизги хâлинде мененрлемез. Хава акымы жети ашагы акыш йөнүнде бүкэрте жет айланасинде бирбирийле корреляциялы гирдап системлери олушур:

  • Каршыт йөнлерде дөнен гирдап жупи (жоунтер-ротатинг вортеx паир, CVP): Жетин узак аланындаки йакыт ташынымдуулукыны жана карышымыны белирлейен чоң өлчекли, бөйрөк бичимли гирдап жупидир.
  • Ат налы гирдабы: Жет делигинин өнүндеки терс басынч градйаны жана дувар чек ара табакасы еткмененшиминден олушур.
  • Жет кайма табакасы гирдаплары: Жет менен чапраз акым арасындаки хыз фаркынын олуштурдугу Kelvin-Helmholtz карарсызлыгындан табиятр.
  • Из гирдаплары: Жет делигинин аркасындаки чек ара табакасы жана акыш айрылмасыйла корреляциятуудир.
  • Сач токасы бичимли чакан гирдаплар: Өзелликле дувар йакынында гөрүлен дагы чакан өлчекли түрбүланс түзүмдөрүдыр.

LES гөрселлеринде хидрожен катышынын гана жет меркез чизгисини эмес, бул гирдапларын өлчөөуну, дувара темасыны жана бирбирлерийле еткмененшимини де өзгөртирдиги байкалган. Хажимже %0 хидрожен кошулунда чоң каршыт йөнлү гирдап жупи үст дувара улашмазкен %40 менен %100 хидрожен арасындаки стандарт энергия гирдили абалларда үст дуварла түздөн-түз темас олушмуштур. Дүшүк моментум акылы %60 хидрожен абалы исе айны моментум акысы катышына сахип саф метан абалына дагы йакын бир гирдап дүзени гөстермиштир.

Хесаплама аланы жана изилдөө кошуллары

Сайысал алан, Жранфиелд Университй бүнйесинде иштелип чыккан Митсуубисхи типи бир куру төмөн НОx брүлөрүнүн йакыт-хава карыштырма бөлгесинден есинленмиштир. Бул дүзенек түздөн-түз тижари бир йанма одасынын көчүрмөсү эмес; бирок өлчек катышлары жана йерлешими пратик бир газ турбинаи карыштырма каналыны темсил едежек шекилде сечилмиштир.

  • Йакыт делиги чапы: 4 мм
  • Йакыт нозулу узаклугу: 4 мм
  • Чапраз хава гириши менен йакыт делиги арасындаки месафе: 20 мм
  • Канал өлчөөлары: 168,12 мм × 75 мм × 26,75 мм
  • Хава сыжаклыгы: 692 К
  • Чапраз хава хызы: 95 м/с
  • Стандарт йакыт гириш сыжаклыгы: 413 К
  • Йакыт делиги саны: Бир адет даиресел жет
  • Йанма абалы: Девре дышы, йанмасыз акыш

Алты изилдөө кошулунун тамамында киммыйзамл энергия гирдиси ешит тутулмуштур:

ДурумХ2 хажим катышыЖХ4 хажим катышыЙакыт дебисиЙакыт сыжаклыгыЙакыт хызыМоментум акысы катышы Ж
1%0%10026,35 г/с413 К295 м/с9,09
2%40%6023,79 г/с413 К409 м/с11,40
3%60%4021,59 г/с413 К508 м/с12,83
4%80%2017,98 г/с413 К669 м/с14,09
5%100%010,99 г/с413 К978 м/с12,64
6: Дүшүк-Ж %60 Х2%60%4021,59 г/с292 К360 м/с9,09

Саф хидрожен ен жогорку жет хызына сахип олмасына рагмен ен жогорку моментум акысы катышына сахип эмес. Бунун себепи моментумун гана хызла эмес, йогунлукла да белирленмесидир. Саф хидроженин чок төмөн йогунлугу, хыз өсүшынын бир бөлүмүнү денгелемиш; Ж маании %80 хидроженли карышымда 14,09 менен ен жогорку деңгээле чыкмыш, саф хидроженде исе 12,64'е гермененмиштир.

Алтынжы абал өзел бир контрол кошулудур. Хажимже %60 хидрожен ичермесине рагмен йакыт гириш сыжаклыгы 292 К'йе дүшүрүлерек моментум акысы катышы саф метан абалындаки 9,09 мааниине ешитленмиштир. Бөйлеже хидрожен бмененшиминин жана моментум акысынын еткмененри кысмен бирбиринден айрылабилмиштир.

LES жана RANS модельлери насыл колдонулган?

Бүйүк гирдап симүласйону, хесаплама агындан дагы чоң түрбүланс түзүмдөрүны түздөн-түз чөзмүш; дагы чакан гирдаплары исе Wall-Adapting Ложал Eddy-Viscosity (WALE) алт аг модельийле темсил етмиштир. Ана LES аланы ANSYS ICEM 2021 менен олуштурулмуш болжол менен 12 миляйон түзүлүшландырылмыш клеткаден олушмактадыр. Йакыт гиришинин айланасиндеки чакан гирдаплары йакалайабилмек үчүн бул бөлгеде йерел аг инжелтмеси колдонулган.

%0, %40, %60 жана %80 хидрожен кошулларында заман адымы 1 × 10-6 санийе катары сечилмиштир. Саф хидроженин 978 м/с'лик жогорку гириш хызы себепийле Courant-Friedrichs-Lewy саныны болжол менен бир деңгэколунда тутмак үчүн заман адымы 2 × 10-7 санийейе индирилмиштир. Хер заман адымында 20 йинелеме герчеклештирилмиш жана артыкларын ен аз ики мертебе азайышы сагланмыштыр.

Хер LES кошулунда баштапкы йакынсамасы үчүн беш акыш-кечиш мөөнөтси, заман орталамаларынын елде едилмеси үчүн беш акыш-кечиш мөөнөтси жана анлык түрбүланс кинэтикалык энергияси синйаллеринин кайды үчүн үч акыш-кечиш мөөнөтси эсептелген. Топлам хесаплама мөөнөтси 13 акыш-кечиш мөөнөтсидир.

Газ карышымынын термофизиксел өзелликлери AramcoMech 1.3 меканизмасыйла сагланмыштыр. Фламелет Генератед Манифолд йанма модельи хесаплама дүзенине екленмиш олса да киммыйзамл реакциялар еткинлештирилмемиштир. Демек изилдөө бир йанма же емисйон симүласйону эмес, алев мурдасиндеки йакыт-хава карышым мөөнөтжинин йанмасыз инжелемесидир.

RANS салыштыруусында баштапкыта реализабле к-ε жана стандарт к-ω түрбүланс модельлери маанилендирилмиштир. Хажимже %40 хидроженли абалда реализабле к-ε модельи жетин үст дувара улашмасыны жана ики парчайа айрылмасыны көп өнгөрмүштүр. Стандарт к-ω модельи LES чыкыш дагылымыйла дагы ийи уйуштугу үчүн ана RANS хесапламаларында бул модель сечилмиштир.

Сайысал ыкма насыл догруланмыштыр?

Ана капалы канал геометрисинден фарклы катары, дагы мурда экспериментсел маалыматлери йайымланмыш сербест бир хава жети-чапраз акыш дүзени кайра модельленмиштир. Бул текшерүү кошулунда моментум акысы катышы 16, жет чапы 8 мм, чапраз хава хызы 9,43 м/с жана басынч атмосфериктир. Догрулама LES агы болжол менен 10 миляйон дүгүм ичермиш жана дувар йакынындаки Й+ маании болжол менен 3 катары тутулмуштур.

LES жана RANS натыйжалары; орталама жет концентрацияу, орталама хыз компонентлери, концентрацияун каресел орталама толкунланмасы жана Рейнолдс чыңалууси компонентлери жагынан экспериментсел профиллерле каршылаштырылмыштыр. RANS дувар йакынында щелочьы профиллери ийи йакаларкен дагы жогорку конумларда догрулугуну кайбетмиштир. LES генел акыш жана түрбүланс жүрүм-турумында дагы ийи уйум гөстермиштир.

LES, жет делигине чок йакын дувар бөлгесинде акыш йөнүндеки Рейнолдс чыңалуусинин чоңлүгүнү төмөн божомол етмиштир. Айрыжа хем RANS хем LES, белирли бир дикей Рейнолдс чыңалууси дагылымыны там катары йакалайамамыштыр. Йазарлар буну текшерүү изилдөөсынын йайымланмыш чек ара кошулларындаки ексик айрынтыларла илишкмененндирмиштир. Бул абал, санысал ыкмаин генел акышы темсил еттигини бирок түм йерел түрбүланс компонентлерини кусуурсууз бичимде текшерүүдыгыны көрсөтөт.

Темел денклемлер нейи ифаде етмектедир?

Courant-Friedrichs-Lewy өлчүтү

\[ CFL = \frac{U\,dt}{\Delta} \]

Бурада У йерел агым ылдамдыгыны (м/с), дт заман адымыны (с), Δ исе клетка хажминин күпкөкүйле танымдуулукланан карактеристик аг өлчөөуну (м) көрсөтөт. CFL санынын болжол менен бир олмасы, бир заман адымында ташынан акыш билимсинин болжол менен бир клетка өлчөөуну ашмамасыны амачламактадыр.

LES жана RANS'та Рейнолдс чыңалууси

\[ \overline{u_i' u_j'} = \overline{u_i u_j} - \overline{u_i}\,\overline{u_j} \]

LES, чөзебилдиги хыз толкунланмаларындан Рейнолдс чыңалуусини түздөн-түз хесаплар. уи' жана уж', ики координат йөнүндеки анлык хыз толкунланмаларыны ифаде едер.

\[ -\rho \overline{u_i' u_j'} = \mu_t \left(\frac{\partial U_i}{\partial x_j}+\frac{\partial U_j}{\partial x_i}\right)-\frac{2}{3}\rho K\delta_{ij} \]

RANS модельинде Рейнолдс чыңалууси Боуссинесq йаклашымыйла модельленир. ρ йогунлук (кг/м³), μт түрбүланс динамик вискозитеси (Па·с), К түрбүланс кинэтикалык энергияси (м²/с²), Уи орталама хыз жана δиж Кронежкер делтасыдыр. Бул йаклашым, LES менен RANS'ын жет йажылымыны жана карышым хызыны себеп фарклы өнбоюнчабилдигини ачыклайан негизги айрымлардан биридир.

Моментум акысы катышы жана Холдеман йөрүнгеси

\[ J = \frac{\rho_j u_j^2}{\rho_\infty u_\infty^2} \]

Ж, йакыт жетинин чапраз хава акымына каршы сахип экени моментум баскысыны темсил едер. ρж жана уж йакыт жетинин йогунлугу менен хызы; ρ∞ жана у∞ исе чапраз акымын йогунлугу менен хызыдыр. Хызын кареси денклеме гирдиги үчүн жет хызындаки өсүш күчтүү бир еткийе сахиптир; бирок хидроженин төмөн йогунлугу бул өсүшын бир бөлүмүнү денгелер.

\[ \frac{Z_c}{D} = 0.76\left(\frac{\rho_j}{\rho_\infty}\right)^{0.15}J^{0.52}\left(\frac{X_c}{D}\right)^{0.27} \]

Холдеман багынтысында Зж жетин дүшей нүфузу, Xж деликтен кийинки йатай месафе жана Д делик чапыдыр. Денклем моментум акысы катышына 0,52, йогунлук катышына 0,15 жана өлчөөсууз ашагы акыш месафесине 0,27 үстел агырлык вермектедир. Изилдөөнүн натыйжалары, йогунлук катышынын бул бичимде колдонулушу себепийле багынтынын хидрожен кам көрүүындан зенгин жетлерде нүфузу көп төмөн хесапладыгыны көрсөтөт.

Макаладе, бир сыра хâлиндеки чоклу жетлерин капалы чапраз акышына йөнелик башка бир Holdeman-Smith багынтысы да изилденген:

\[ \frac{y_c}{H_{eq}} = a_1(0.3575)J^{0.25}\left(\frac{S}{d}\right)^{0.14}\left(\frac{H_{eq}}{d}\right)^{-0.45}C_d^{0.155}\left(\frac{x}{H_{eq}}\right)^{0.17}\exp(-b) \]

\[ a_1 = \min\left[\left(1+\frac{S}{H_{eq}}\right),2\right] \]

\[ b = 0.091\left(\frac{x}{H_{eq}}\right)^2\frac{1-\left[\left(\frac{S}{H_{eq}}\right)J^{0.5}/3.5\right]}{S/H_{eq}} \]

С комшу жет меркезлери арасындаки месафе, Хеq канал жогоркулиги жана Жд дешарж коэффициентсыдыр. Бул изилдөө бир гана жет ичердигинден жана багынтынын кечерлилик кошуллары сагланмадыгындан бул денклемлер ана йөрүнге божомоли үчүн колдонулган эмес.

Түрбүланс энергия спектруму

\[ K = \int_0^\infty E(k)\,dk \]

К жалпы түрбүланс кинэтикалык энергияси, к = 2\пи/л толкун саны жана Е(к) бирим толкун саны башына энергия йогунлугудур. Бүйүк гирдаплар төмөн толкун санында, чакан гирдаплар жогорку толкун санында йер алыр.

\[ E(k) = C\varepsilon^{2/3}k^{-5/3}f_Lf_\eta \]

ε түрбүланс энергия йитим хызыны, Ж сабити, фЛ энергия камтыган бөлгенин жана фη энергия йитими бөлгесинин бичимини темсил едер. Аталет алт аралыгында бул ики дүзелтме болжол менен бире йаклашыр жана спектрумун егими Колмогоров'ун -5/3 мыйзамсына йаклашыр. Изилдөөнүн гүч спектрал йогунлугу графиклеринде бул егим гөрүлмүш, бөйлеже энергия камтыган, аталет жана йитим өлчеклеринин LES тарафындан йакаландыгы маанилендирилмиштир.

Строухал саны жана гүч спектрал йогунлугу

\[ St = \frac{fd}{U_j} \]

Ст өлчөөсууз фреканс, ф фреканс (Хз), д жет чапы (м) жана Уж жет хызыдыр (м/с). Дүшүк Строухал сажылары дагы чоң жана йаваш өлчекли гирдаплара, жогорку маанилер исе дагы чакан жана хызлы түзүлүшлара каршылык гелир.

\[ PSD(f_n) = \frac{E(f_n)}{\Delta f} \]

Гүч спектрал йогунлугу, түрбүланс кинэтикалык энергияси синйалиндеки гүжүн фреканслара насыл дагылдыгыны көрсөтөт. Изилдөөдө колдонулган бирим (м/с)4/Хз'дир. Фреканс аланына дөнүшүм хызлы Фоуриер дөнүшүмүйле герчеклештирилмиш жана мисаллеме дизисинин учларындаки йапай мөөнөтксизликлери азалтмак үчүн Ханнинг пенгрунтеси колдонулган.

\[ \Phi_n = \frac{1}{N}\sum_{k=0}^{N-1}\Phi_k\exp\left(-\frac{2\pi ikn}{N}\right) \]

Φк хам заман сериси өрнеги, Φн Фоуриер коэффициентсы, Н жалпы мисал саны жана и санал биримдир. Бул дөнүшүм анлык түрбүланс синйалини фреканс компонентлерине айырмактадыр.

Q өлчүтүйле гирдапларын танымдуулукланмасы

\[ Q = \frac{1}{2}\left(\|\Omega\|^2-\|S\|^2\right) \]

С гериним хызы тенсөрүнү, Ω дөнү же вортисите тенсөрүнү темсил едер. Позитиф жана жетиштүүнже жогорку Q маанилери, дөнме еткисинин гериним еткисинден дагы күчтүү экени бөлгелери белирлейерек үч өлчөөлу гирдапларын изойүзейлер хâлинде гөрүнтүленмесини саглар.

\[ S_{ij} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial U_i}{\partial X_j}+\frac{\partial U_j}{\partial X_i}\right) \]

\[ \Omega_{ij} = \frac{1}{2}\left(\frac{\partial U_i}{\partial X_j}-\frac{\partial U_j}{\partial X_i}\right) \]

Ана хидрожен салыштырууларында Q = 108, текшерүү изилдөөсында исе Q = 9 × 105 изойүзейи пайдаланылган. Бул ешиклер физиксел бир кечерлилик чек араы катары эмес, чоң гирдаплары айрынтылары кайбетмеден гөрүнүр кылмак амажыйла эмпирикалык катары сечилмиштир.

Йакыт-хава карышмамышлыгы

\[ S_f = \sqrt{\frac{\sum C_n^2W_n}{\sum W_n}-\left(\frac{\sum C_nW_n}{\sum W_n}\right)^2} \]

Жн чыкыш дүзлеминдеки йерел йакыт күтле кесри, Wн илгили аг клеткасинден кечен күтлесел деби жана Сф мутлак концентрация карышмамышлыгыдыр. Денклем, күтле акысыйла агырлыкландырылмыш йакыт концентрацияу дагылымынын стандарттык четтөөсына бензер бир өлчү үретир.

\[ S_{FAR} = \sqrt{\frac{m_f}{m_f+m_a}-\left(\frac{m_f}{m_f+m_a}\right)^2} \]

мф жалпы йакыт, ма жалпы хава дебисидир. СFAR, йакыт жана хаванын тамамен бөлүнгөн экени ен жогорку карышмамышлык деңгээлини темсил еден нормаллештирме мааниидир.

\[ S_N = \frac{S_f}{S_{FAR}} \]

Нормаллештирилмиш карышмамышлык СН, там карышымда 0 жана там айрышмада 1 мааниини алыр. Дүшүк маани дагы хоможен йакыт дагылымы дегенди билдирет.

Алт ысыл мааниин карышмамышлыга екленмеси

\[ S_{f,L} = \sqrt{\frac{\sum (L_{mix}C_n)^2W_n}{\sum W_n}-\left(\frac{\sum L_{mix}C_nW_n}{\sum W_n}\right)^2}=L_{mix}S_f \]

\[ S_{FAR,L}=L_{mix}S_{FAR} \]

\[ S_{N,L}=\frac{S_{f,L}}{S_{FAR,L}}=\frac{S_f}{S_{FAR}}=S_N \]

Лмиx, йакыт карышымынын алт ысыл мааниидир. Мутлак энергия дагылымындаки өзгөрмөлүүлүк йакытын алт ысыл мааниийле өлчекленмектедир. Бирок айны коэффициент пай жана пайдайа гирдиги үчүн нормаллештирилмиш карышмамышлык математиксел катары өзгөрмемектедир. Ошондуктан алт ысыл маани дүзелтмеси, мутлак энергия дагылымыны йорумламак жагынан өнем ташрасаен нормаллештирилмиш СН мааниини өзгөртирмез.

LES аг чөзүнүрлүгү

\[ k_{total}=k_{res}+k_{sgs} \]

\[ \frac{k_{res}}{k_{res}+k_{sgs}}>0.8 \]

крес түздөн-түз чөзүлен, ксгс алт аг модельине быракылан түрбүланс кинэтикалык энергиясидир. Изилдөө, жалпы түрбүланс энергиясинин ен аз %80'инин түздөн-түз чөзүлмесини аг йетерлилиги өлчүтү катары кулланмыштыр.

\[ k_{res}=\frac{1}{2}\left(U_{RMSE}^2+V_{RMSE}^2+W_{RMSE}^2\right) \]

\[ k_{sgs}=\left(\frac{\mu_{sgs}}{\rho C_V\Delta}\right)^2 \]

УRMSE, ВRMSE жана WRMSE үч хыз компонентинин каресел орталама толкунланмалары; μсгс алт аг түрбүланс вискозитеси жана ЖВ 0,094 катары колдонулган сабиттир. Инжеленен аланын чоң бөлүмүнде чөзүлмүш энергия катышы 0,8 менен 1 арасында калмыш; гана жет гириш дуварынын чок чакан бир бөлүмүнде 0,8'ин алтына инмиштир.

Өнермененн өзгөртирилмиш йөрүнге багынтылары

Биринжи өзгөртирилмиш багынты, Холдеман формүлүндеки йогунлук катышыны тамамен калдырмыштыр:

\[ \frac{Z_c}{D}=0.76J^{0.52}\left(\frac{X_c}{D}\right)^{0.27} \]

Бу денклем жет йөрүнгесини гана моментум акысы катышы жана ашагы акыш месафесийле белирлемектедир. LES натыйжалары, моментумун баскын экенин дестеклесе де төмөн-Ж %60 хидрожен менен саф метан арасындаки чакан фарк, йогунлугун тамамен йок сажыламайажагыны гөстермиштир.

Икинжи өзгөртирилмиш багынты йогунлук еткисини дагы алсыз жана эмпирикалык бир чарпанла кайра еклемиштир:

\[ \frac{Z_c}{D}=0.76J^{0.52}\left(\frac{X_c}{D}\right)^{0.27}\exp(b) \]

\[ b=\left(1-\exp\left(1-\frac{J}{J_{70\%H_2}}\right)\right)\left(0.2+\frac{\rho_{0\%H_2}-\rho}{\rho_{0\%H_2}-\rho_{100\%H_2}}\right) \]

Ж70%Х2, божомолсал хажимже %70 хидроженли кошулун моментум акысы катышы; ρ0%Х2 саф метан абалынн, ρ100%Х2 саф хидрожен абалынн жана ρ инжеленен карышымын йогунлугудур. 0,2 сабити жана %70 реферанс кошулу LES маалыматсине уйум сагламак амажыйла эмпирикалык катары сечилмиштир. Бунлар евренсел физик сабитлери эмес.

Замана баглы йени карышмамышлык танымдуулукы

\[ S_{f,t}=\sqrt{\frac{\sum_t\left(\sum_n C_n^2W_n\right)_t}{\sum_t\left(\sum_nW_n\right)_t}-\left[\frac{\sum_t\left(\sum_nC_nW_n\right)_t}{\sum_t\left(\sum_nW_n\right)_t}\right]^2} \]

\[ S_{FAR,t}=\sqrt{\frac{\sum_t(m_f)_t}{\sum_t(m_f+m_a)_t}-\left[\frac{\sum_t(m_f)_t}{\sum_t(m_f+m_a)_t}\right]^2} \]

\[ S_{N,t}=\frac{S_{f,t}}{S_{FAR,t}} \]

Геленексел йаклашым гана заман орталамалы чыкыш дүзлеминдеки узамсал дагылымы кулланрасаен йени танымдуулук хем клеткалер арасындаки узамсал фарклары хем де убакыт ичиндеки концентрация толкунланмаларыны топлар. Бул ыкма, кыса мөөнөтли зенгин йакыт бөлгелеринин заман орталамасы үчүнде кайболмасыны өнлемейи амачламактадыр.

Бу геометриде салттуу LES карышмамышлыгы менен замана баглы LES карышмамышлыгы бирбирине чок йакын чыкмыштыр. Натыйжа, инжеленен кошулларда карышым калитесини есас катары узамсал дүзенсизлигин белирледигини жана замансал толкунланмаларын экинчи калдыгыны көрсөтөт. Изилдөө, бул сонужун дигер енжектөр дүзенлерине генелленемейежегини ачыкча белгилейт.

Жет йөрүнгеси жана йакыт күтле кесри не көрсөтөт?

Жет меркез дүзлеминдеки йакыт күтле кесри гөрүнтүлеринде, йакыт жети чапраз акыш тарафындан ашагы акыш йөнүнде бүкүлмүштүр. Изилдөөжылар йакыт күтле кесринин 0,2 экени ренкли бөлгенин ашагы акыш йөнүндеки ужуну бир карышым көрсөткүчси катары излемиштир.

Хидрожен кошулуRANS'та 0,2 күтле кесри ужунун конумуLES'те 0,2 күтле кесри ужунун конуму
%0 Х222 мм31 мм
%40 Х216 мм20 мм
%60 Х211 мм20 мм
%80 Х27 мм16 мм
%100 Х25 мм11 мм
Дүшүк-Ж %60 Х214 мм25 мм

RANS'ын түм кошулларда дагы кыса уч узаклугу вермеси, йакыты LES'е боюнча дагы хызлы йайдыгыны жана дагы хызлы карыштырдыгыны көрсөтөт. Ошондой болсо да 0,2 күтле кесри ужунун хидроженле бирликте кысалмасы гана дагы хызлы карышымын каныты эмес. Сабит энергия гирдиси алтында хидрожен катышы йүкселдикче жалпы йакыт күтлесел дебиси жана генел йакыт күтле кесри азаюуктадыр. Ошондуктан айны 0,2 ешигинин дагы эрте кайболмасы, хем карышым хызыны хем де баштапкы концентрацияундаки өзгөрими камтыйт.

Йүксек-Ж жана төмөн-Ж %60 хидрожен кошулларынын каршылаштырылмасы моментум акысынын өнемини гөстермиштир. Дүшүк-Ж кошулунда уч узаклугу RANS'та 14 мм, LES'те 25 мм олмуш; стандарт %60 хидрожен кошулундаки 11 мм жана 20 мм маанилеринден дагы узак калган. Даха төмөн жет хызы жана дагы алсыз түрбүланс, йакытын дагы йаваш дагылмасына йол ачмыштыр.

Нүфуз себеп %80 хидроженде ен жогорку деңгээле чыкмыштыр?

Жет нүфузу, X = 40 мм конумунда ен жогорку йакыт концентрацияунун булундугу дүшей конумла белирленмиштир. LES натыйжаларына боюнча нүфуз хажимже %80 хидрожен живарында ен жогорку деңгээле улашмыштыр. RANS'ын тепе ноктасы болжол менен %70, Холдеман багынтысынын тепе ноктасы исе болжол менен %60 хидрожен живарындадыр.

Бу догрусал олмайан жүрүм-турум ики каршыт физиксел еткинин сонужудур:

  1. Хидрожен катышынын артмасы, айны энергия гирдиси үчүн йакыт жетинин хызыны артырыр. Хызын кареси моментум акысына гирдиги үчүн бул абал нүфузу йүкселтир.
  2. Хидрожен катышынын чок йүкселмеси йакыт йогунлугуну күчтүү бичимде азалтыр. Саф хидрожене йаклашылдыгында йогунлук азайышы, хыз өсүшынын моментум үзериндеки еткисини кысмен бастырыр.

Ошондуктан саф хидрожен жети %80 хидроженли карышымдан дагы хызлы олмасына рагмен дагы төмөн Ж мааниине жана дагы төмөн нүфуза сахиптир. LES айрыжа саф хидроженин саф метандан дагы жогорку нүфуз еттигини өнгөрүркен оригиналдуу Холдеман багынтысы бунун терсини хесапламыштыр.

Дүшүк-Ж %60 хидрожен кошулунун нүфузу саф метан кошулуна йаклашмыштыр. Ики абалда Ж = 9,09 олмасына рагмен натыйжалар тамамен айны эмес. Бул фарк, моментум акысы катышынын баскын өзгөркен экенин бирок йогунлук, хыз жана йайынымдуулук сыяктуу дигер өзелликлерин де дагы алсыз деңгээлде рол ойнадыгыны көрсөтөт.

Йени багынтылар Холдеман модельини не өлчүде иймененштирмиштир?

X = 40 мм'деки LES меркез чизгиси нүфузу реферанс алынарак хесапланан имзалы хата катышлары ашагыдадыр. Позитиф маани көп, негатиф маани төмөн божомоли көрсөтөт:

Хидрожен кошулуRANS хатасыХолдеман хатасыДегиштирилмиш багынты 1Дегиштирилмиш багынты 2
%0 Х2%4,8%10,1%11,4%3,0
%40 Х2%3,2%14,4%23,5%11,4
%60 Х2%0,0-%6,9%5,3%0,9
%80 Х2-%13,2-%20,8-%4,0-%0,1
%100 Х2-%12,1-%19,7%10,9%2,1
Дүшүк-Ж %60 Х2-%1,1-%2,1%5,2%0,8

Икинжи өзгөртирилмиш багынты, алты кошулун бешинде мутлак катары %3 же дагы төмөн хата вермиштир. Ен чоң сапмасы %40 хидрожен кошулундаки %11,4 көп божомолдир. Хажимже %80 хидрожен абалында хата -%0,1, саф хидроженде %2,1 жана төмөн-Ж %60 хидроженде %0,8 катары кабарланган.

Биринжи өзгөртирилмиш багынты йогунлугу тамамен йок сайдыгы үчүн щелочьы жогорку хидрожен кошулларында Холдеман'дан дагы ийи натыйжа вермиш, бирок %40 хидроженде %23,5 жана саф хидроженде %10,9 көп божомол үретмиштир. Бул салыштыруу, йогунлук еткисинин Холдеман теңдемесиндеки чейин күчтүү олмамасы геректигини, бирок тамамен калдырылмасынын да йетерли олмадыгыны көрсөтөт.

Йени багынтылар гана бул LES натыйжаларына уйдурулмуштур. Икинжи багынтыдаки 0,2 сабити жана %70 хидрожен реферансы экспериментсел өлчөөден же генел бир теорияден түретилмемиштир. Ошондуктан багынтыларын фарклы канал жогоркуликлеринде, басынчларда, сыжаклыкларда, жет чапларында, чоклу енжектөрлерде же башка йакыт карышымларында кечерли экени сөйленемез.

Карыштырма каналы чыкышындаки йакыт дагылымы

Канал чыкышындаки йерел ешмаанилик катышлары, хидрожен катышыйла өзгөрен генел ешмаанилик катышынын салыштырууйы бозмасыны өнлемек үчүн мурда генел ешмаанилик катышына бөлүнмүш, ардындан 0 менен 1 арасында нормаллештирилмиштир.

LES натыйжаларында йакыт кам көрүүындан зенгин бөлге бүтүн стандарт хидрожен кошулларында үст дувара йаклашмыштыр. Хажимже %80 хидроженли жет ен жогорку нүфузу олуштурмуш, үст дуварла ен күчтүү еткмененшими гөстермиш жана каршыт йөнлү гирдап жупинин еткисийле ики айры зенгин бөлгейе бөлүнгөнтыр. Дүшүк-Ж %60 хидрожен кошулунун чыкыш дагылымы, айны Ж мааниине сахип саф метан абалына бенземиштир.

RANS генел егилими йакаламыш бирок каршыт йөнлү гирдап жупинин жет шекли үзериндеки еткисини көп божомол етмиштир. RANS гөрүнтүлеринде алты кошулун тамамында йакыт дагылымы ики парчайа бөлүнгөн гөрүнүркен LES'те белиргин ики парчалы түзүлүш есас катары %80 хидрожен кошулунда олушмуштур.

Чыкышта ен жогорку йакыт концентрацияу бүтүн кошулларда үст дувара йакын экениндан, гана тепе концентрацияун конуму нүфуз көрсөткүчси катары кулланыламамыштыр. Бунун йерине йерел ешмаанилик катышынын тепе мааниин %80'инден жогорку экени бөлге “zengin bölge” кабул едилмиш жана бул бөлгенин геометрик борбордук нүфуз конуму катары аныкталган. Бул өлчөө де %80 хидроженли кошулун канал жогоркулигинин нередейсе тамамына улашан ен жогорку нүфуза сахип экенин гөстермиштир.

Хидрожен карышым калитесини насыл өзгөртирмиштир?

LES жана RANS натыйжаларынын хер икисинде де нормаллештирилмиш карышмамышлык хидрожен катышы йүкселдикче генел катары азайгантыр. Башкача айтканда йакыт менен хава арасындаки мекâнсал айрышма азайган жана чыкыш дагылымы дагы хоможен хâле гелмиштир.

Изилдөө бул иймененшмейи ики меканизмайла илишкмененндирмектедир:

  • Түрбүланс меканизмасы: Артан хидрожен катышы, сабит энергия гирдисинде жет хызыны йүкселтмиш; кайма табакасындаки түрбүланс кинэтикалык энергиясини жана фарклы өлчеклердеки гирдап кыймылини гүчлендирмиштир.
  • Молекүлер йайынымдуулук меканизмасы: Хидроженин метана боюнча дагы жогорку йайынымдуулук өзеллиги, йакытын хава үчүнде дагы хызлы дагылмасына каткыда табылган.

Дүшүк-Ж %60 хидрожен кошулу, жогорку-Ж %60 хидрожен кошулундан дагы жогорку карышмамышлык гөстермиштир. Бул натыйжа дагы төмөн жет хызынын жана дагы төмөн түрбүланс кинэтикалык энергиясинин карышымы йавашлатмасыйла ылайыкдур.

Буна каршылык төмөн-Ж %60 хидрожен кошулу, айны моментум акысы катышына сахип саф метандан дагы төмөн карышмамышлык вермиштир. Изилдөө бул фаркы төмөн-Ж хидрожен карышымынын саф метандан дагы жогорку жет хызына жана дагы жогорку йайынымдуулука сахип олмасыйла түшүндүрмөктадыр. Натыйжа, айны Ж мааниинин бензер йөрүнге олуштурабилмесине рагмен карышым калитесини жалгыз өзү белирлемедигини көрсөтөт.

RANS, хидрожен катышыйла өзгөрен генел егилими йакаламыш бирок бүтүн кошулларда LES'тен дагы төмөн карышмамышлык хесапламыштыр. Бул абал, RANS'ын йакыт дагылымыны дагы хызлы йаймасы жана карышымы экениндан дагы хоможен гөстермесийле тутарлыдыр.

Замана баглы карышмамышлык не еклемиштир?

Заман орталамалы бир концентрация аланы, кыса мөөнөтли бирок жогорку йакыт концентрацияуна сахип жеплери йумушатабилир. Изилдөөжылар ошондуктан узамсал дагылымын йанында замансал толкунланмалары да камтыган йени бир карышмамышлык танымдуулукы гелиштирмиштир.

Бирок бул изилдөө кошулларында заман орталамалы LES йаклашымыйла йени замана баглы йаклашымын натыйжалары бирбирине олдукча йакындыр. Бул бензерлик, инжеленен тек жетли капалы каналда генел карышмамышлыгы агырлыклы катары чыкыш дүзлеминдеки узамсал дагылымын белирледигини көрсөтөт. Замансал толкунланмаларын өнемсиз экени йөнүндеки натыйжа гана бул геометри жана изилдөө кошуллары үчүн кечерлидир.

Гирдап жана гүч спектруму гөрүнтүлери не анлатмактадыр?

Q өлчүтү изойүзейлери, хидрожен катышы арттыкча жет кайма табакасы гирдаплары арасындаки месафенин жана чоң каршыт йөнлү гирдап жупинин бичиминин өзгөртигини гөстермиштир. Саф метанда жет нүфузу дагы алсыз экениндан ардышык кайма табакасы гирдаплары арасындаки месафе дагы чакантүр. Хажимже %60 хидроженли стандарт кошулда дагы күчтүү нүфуз, гирдаплар арасында дагы кеңири аралык олуштурмуштур.

%60 жана %80 хидрожен кошулларында күчтүү жет нүфузуйла бирликте дагы узак из гирдаплары байкалган. %0, %40 жана %100 хидрожен кошулларында нүфуз дагы төмөн экени үчүн из гирдаплары дагы кыса калган. Дүшүк-Ж %60 хидрожен кошулу, саф метана бензер гирдап бичими гөстермиштир.

Анлык жана заман орталамалы түрбүланс кинэтикалык энергияси карталарында ен жогорку энергиянин жет кайма табакасы айланасинде олуштугу гөрүлмектедир. А, Б жана Ж излеме нокталары кайма табакасы менен из гирдабынын айланасине йерлештирилмиштир.

Гүч спектрал йогунлугу, хидрожен катышы %0'дан %100'е йүкселдикче генел катары арткантыр. Бул натыйжа, йүкселен жет хызынын гана бир гана карактеристик фреканста эмес, гениш бир түрбүланс өлчеклери аралыгында дагы көп энергия үреттигини көрсөтөт. Графиклерде аталет алт аралыгына каршылык гелен болжол менен -5/3 егими жана дагы чакан гирдапларын энергия кайбеттиги йитим бөлгесиндеки дагы дик төмөндөө көзленмиштир.

Саф хидрожен кошулунда дагы жогорку азами Строухал санына улашылмасы гана физиксел гирдап жүрүм-турумындан булакланмамактадыр. Саф хидрожен үчүн колдонулган заман адымы дигер кошуллардан беш кат дагы чакан экениндан хызлы Фоуриер дөнүшүмүнүн чөзебилдиги ен жогорку фреканс да арткантыр.

А, Б жана Ж нокталарындаки боюнчали энергия деңгээллери жетин конумуйла бирликте өзгөрмиштир. Гүчлү нүфузлу %60, %80 жана %100 хидрожен кошулларында Ж ноктасы жет кайма табакасынын алтында калдыгы үчүн йерел түрбүланс энергияси А жана Б нокталарындан төмөн болгон. Саф метан жана төмөн-Ж %60 хидрожен кошулларында дагы алчак жет йөрүнгеси кайма табакасыны Ж ноктасына йаклаштырмыш жана Ж'деки энергияйи Б'йе боюнча артырмыштыр.

Изилдөөнүн күчтүү жактари нелердир?

  • Метандан саф хидрожене чейин гениш бир йакыт бмененшими айны киммыйзамл энергия гирдисинде каршылаштырылмыштыр.
  • Йүксек чөзүнүрлүклү LES, дагы төмөн малийетли RANS жана класик аналитикалык багынтылар айны изилдөө үчүнде маанилендирилмиштир.
  • Дүшүк-Ж %60 хидрожен контролү, йакыт бмененшими менен моментум акысынын еткмененрини кысмен айырмыштыр.
  • LES агынын чөзүлен түрбүланс энергияси катышы контрол едилмиш жана чогу бөлгеде %80'ин үзеринде экени көрсөтүлгөн.
  • Сайысал ыкма көз карандысыз экспериментсел JICF маалыматлерийле каршылаштырылмыштыр.
  • Йалнызжа заман орталамалы аланлара баглы олмайан, замансал толкунланмалары да камтыган йени бир карышмамышлык өлчүтү өнерилмиштир.
  • Йөрүнге, чыкыш дагылымы, гирдап тоположиси, түрбүланс кинэтикалык энергияси жана спектрал энергия бирликте маанилендирилмиштир.

Изилдөөнүн чектелгенлыклары нелердир?

  • Изилдөө бир препринттир жана укукем маанилендирмесинден кечмемиштир.
  • Ана натыйжалар экспериментсел өлчөө эмес, санысал симүласйон натыйжаларыдыр.
  • Акыш йанмасыздыр; алев, алев карарлылыгы, герчек сыжаклык дагылымы жана НОx олушуму түздөн-түз хесапланмамыштыр.
  • Йени йөрүнге багынтылары LES маалыматсине эмпирикалык катары уйдурулмуш, көз карандысыз экспериментлерле тастыкталган эмес.
  • Икинжи багынтыдаки 0,2 сабити жана %70 хидрожен реферансы гана инжеленен маалымат күмесине боюнча сечилмиштир.
  • Моментум акысы катышлары 9,09-14,09 аралыгындадыр жана оригиналдуу Холдеман багынтысынын 15-60 катары маалыматлен текшерүү аралыгынын алтындадыр.
  • Геометри бир гана даиресел жет камтыйт. Чоклу жетлерин бирбирлерийле еткмененшими түздөн-түз модельленмемиштир.
  • Канал, пратик бир брүлөрден есинленмиш олса да тижари газ турбинаи йанма одасынын биребир көчүрмөсү эмес.
  • RANS ана модельи болжол менен 20 бин дүгүмлү дагы каба аг кулланмыш жана щелочьы гирдап еткмененрини көп божомол етмиштир.
  • Догрулама геометриси ана капалы канал геометрисинден фарклыдыр жана йайымланмыш чек ара кошулларындаки щелочьы айрынтылар ексиктир.
  • Замана баглы карышмамышлыгын чакан еткиси, фарклы енжектөр геометрмененрине же изилдөө кошулларына генелленемез.

Изилдөөнүн дестекледиги натыйжалар

  • Хидрожен катышы, сабит энергия гирдисинде жет хызыны жана моментум акысы катышыны өзгөртирир.
  • Инжеленен геометриде йакыт нүфузу хидрожен катышыйла монотон өзгөрмез жана LES'те ен жогорку маани болжол менен %80 хидрожен кошулунда олушур.
  • Моментум акысы катышы жет йөрүнгесинин баскын белирлейижисидир; йогунлук еткиси дагы алсыз олмакла бирликте тамамен ихмал едмененмез.
  • Өзкүн Холдеман багынтысы жогорку хидрожен катышларында LES нүфузаку төмөн божомол едер.
  • Икинжи өзгөртирилмиш багынты инжеленен кошулларда LES'е ен йакын генел уйуму сагламыштыр.
  • Хидрожен катышы арттыкча йакыт-хава карышмамышлыгы генел катары азайгантыр.
  • Йүкселен жет хызы гениш бир түрбүланс өлчеги аралыгында спектрал энергия миктарыны артырмыштыр.
  • Инжеленен дүзенде узамсал концентрация фарклары, замансал концентрация толкунланмаларындан дагы белирлейижи болгон.

Изилдөөнүн канытламадыгы натыйжалар

  • Хидрожен екленмесинин герчек газ турбинааларында так катары НОx емисйонуну азалттыгы канытланмамыштыр.
  • Даха төмөн карышмамышлык, жалгыз өзү дагы ишенимли же дагы карарлы бир алев маанисин билдирбейт.
  • Изилдөө фласхбажк, өзлигинден тутушма, йанма динамиги же алев сөнмеси чек аралардыны хесапламамыштыр.
  • %80 хидрожен катышынын бүтүн газ турбинаи брүлөрлери үчүн ен ылайык карышым экени сөйленемез.
  • Өнермененн багынтыларын фарклы басынч, сыжаклык, йакыт делиги, канал же чоклу жет дүзенлеринде кечерли экени гөстерилмемиштир.
  • LES сонужу герчек кыймылдаткыч перформансы, саха башарысы же ендүстрийел тасарым текшерүүсы эмес.
  • Саф хидроженин генел катары метандан дагы ийи же дагы көтү бир йакыт экени сонужуна бул йанмасыз карышым изилдөөсындан улашыламаз.

Газ турбинаи тасарымы жагынан оласы анламы

Изилдөөнүн пратик ачыдан ен өнемли месажы, хидроженли йакытларда енжектөр тасарымынын гана йакыт бмененшимине боюнча эмес, моментум акысы катышы, йогунлук, хыз, канал жогоркулиги жана дувар еткмененшими бирликте маанилендирмененрек түзүлүшлмасы геректигидир. Айны ысыл гүч үчүн хидрожен катышы өзгөртирилдигинде йакыт валфи же делик аланы өзгөртирилмеден гана деби айарламак, йакытын канал үчүндеки йерини өнемли өлчүде өзгөртиребилир.

Моментум акысы катышынын йакыт сыжаклыгы, гириш хызы же енжектөр геометриси аркылуу айарланмасы, жетин максатленен бөлгейе йерлештирилмесини саглайабмененжек бир тасарым өзгөркенидир. Ошондой болсо да %80 хидроженли абалда көзленен күчтүү үст дувар темасы, жогорку нүфузак хер заман дагы ийи карышым же дагы ылайык йанма анламына гелмедигини де көрсөтөт. Йакытын дувара чарпмасы, йерел зенгин бөлгелер же ики парчалы дагылым герчек йанмалы системлерде айрыжа инжеленмелидир.

Бу изилдөө кечмиште табигый газ үчүн гелиштирилмиш багынтыларын хидрожен кечишинде түздөн-түз колдонулушунын рискини көрсөтөт. Букүнкү каткысы, хидрожен-метан карышымларындаки баскын физиксел өзгөркенлери санысал катары айырмасыдыр. Гележекте экспериментсел өлчөөлер, фарклы моментум катышлары, басынчлар, сыжаклыклар, енжектөр чаплары жана чоклу жет дүзенлерийле түзүлүшлажак изилдөөлар йени багынтыларын герчектен генеллештирмененбилир олуп олмадыгыны белирлейебилир.

Изилдөөнүн Ыкмаи жана Жыйынтыктары

Текник ыкма өзети

Текник унсуурИзилдөөдө уйгуланан ыкма
Изилдөө түрүЙанмасыз, үч өлчөөлу хесапламалы акышканлар динамиги жана модельлеме изилдөөсы
ГеометриКапалы чапраз хава акымына дик енжекте едмененн тек, даиресел йакыт жети
Жет делиги4 мм чап, 4 мм узаклук
Канал168,12 × 75 × 26,75 мм
ЙакытларХажимже %0, %40, %60, %80 жана %100 Х2; ек төмөн-Ж %60 Х2 контролү
Енержи гирдисиБүтүн стандарт бмененшимлерде сабит киммыйзамл энергия гирдиси
Хава кошулу692 К, 95 м/с
Йакыт сыжаклыгыСтандарт кошулларда 413 К; төмөн-Ж %60 Х2 кошулунда 292 К
LES агыЙаклашык 12 миляйон түзүлүшландырылмыш клетка
LES алт аг модельиWALE
RANS модельиСтандарт к-ω; реализабле к-ε менен өн салыштыруу түзүлүшлмыштыр
Термофизиксел өзелликлерAramcoMech 1.3
Йанма модельиFGM дүзени екленмиш, киммыйзамл реакция девре дышы быракылмыштыр
Заман адымы%0-%80 Х2 үчүн 1 × 10-6 с; %100 Х2 үчүн 2 × 10-7 с
Топлам мисаллеме мөөнөтси5 йакынсама + 5 заман орталамасы + 3 спектрал жазуу олмак үзере 13 акыш-кечиш мөөнөтси
Спектрал талдооХаннинг пенгрунтели хызлы Фоуриер дөнүшүмү жана гүч спектрал йогунлугу
Гирдап танымдуулукламаQ өлчүтү изойүзейлери
Карышым өлчүтүНормаллештирилмиш карышмамышлык жана йени замана баглы карышмамышлык
Сайысал текшерүүБагымсыз, экспериментсел маалыматси булунан Ж = 16 сербест JICF дүзени

Ана жыйынтыктарын текник өзети

Инжеленен өлчүтАна натыйжаЙорум чек араы
Жет нүфузуLES'те ен жогорку нүфуз болжол менен %80 Х2 кошулунда олушмуштур.Натыйжа гана инжеленен геометри жана сабит энергия гирдиси кошуллары үчүндир.
Моментум акысыЖ маании %0 Х2'де 9,09'дан %80 Х2'де 14,09'а йүкселмиш, саф Х2'де 12,64'е гермененмиштир.Жет хызы жалгыз өзү нүфузу белирлемемектедир; йогунлук да еткилидир.
Холдеман багынтысы%80 жана %100 Х2 кошулларында LES нүфузаку болжол менен %20 төмөн хесапламыштыр.Изилдөөдөки Ж аралыгы багынтынын догруландыгы аралыгын алтындадыр.
Дегиштирилмиш багынты 2%80 Х2'де -%0,1, %100 Х2'де %2,1 жана төмөн-Ж %60 Х2'де %0,8 хата вермиштир.LES маалыматсине эмпирикалык уйумдур; экспериментсел текшерүү жок.
RANS-LES фаркыRANS төмөн хидрожен катышларында йөрүнгейи ийи излемиш бирок жогорку хидрожен катышларында нүфузу төмөн, карышым хызыны жогорку божомол етмиштир.RANS, анлык чоң гирдаплары LES сыяктуу чөзмемектедир.
Чыкыш дагылымы%80 Х2 жетинде үст дуварла күчтүү темас жана ики парчалы зенгин бөлге байкалган.RANS бул айрылмайы бүтүн кошулларда көп божомол етмиштир.
КарышмамышлыкХидрожен катышы арттыкча LES жана RANS карышмамышлыгы генел катары азайгантыр.Даха төмөн карышмамышлык түздөн-түз өлчүлмүш НОx азайышы эмес.
Замансал толкунланмаларЙени замана баглы өлчүт менен заман орталамалы LES өлчүтү бирбирине йакын чыкмыштыр.Бу натыйжа фарклы енжектөр дүзенлерине генелленемез.
Түрбүланс энергиясиХидрожен катышы жана жет хызы йүкселдикче гүч спектрал йогунлугу гениш бир өлчек аралыгында арткантыр.Саф Х2'нин дагы кеңири фреканс аралыгынын бир бөлүмү дагы чакан заман адымындан булакланыр.
Гирдап түзүмдөрүХидрожен катышы, кайма табакасы гирдапларынын аралыгыны, CVP бичимини жана из гирдабы узаклугуну өзгөртирмиштир.Q изойүзейи ешиклери гөрселлештирме амажыйла эмпирикалык сечилмиштир.

Изилдөөнүн бүтүн жыйынтыктары бирликте маанилендирилдигинде, хидроженли йакыт жетлеринин жүрүм-турумында негизги тасарым өзгөркенинин моментум акысы катышы экени; бирок йогунлук, жет хызы, молекулярдык йайынымдуулук, канал чек араландырмасы жана түрбүланс өлчеклеринин бирликте еле алынмасы геректиги сонужуна улашылмактадыр.

Булак жана Ыкма Ноту

Изилдөөнүн там оригиналдуу ады: Тражежторй Жоррелатионс анд Миxинг Жхаражтеризатион фор Метүй чарбасы анд Hydrogen-Rich Жетс ин Жонфинед Жроссфлоw

PDF'деки йазар сырасы: Ранг Зхао; Уйиогхоса Ыгие; Давид Абботт; Висхал Сетхи.

Йазар адыйла илгили булак фаркы: SSRN жазуу бетсында дөрдүнжү йазар “Bobby Sethi”, инжеленен PDF'де исе “Vishal Sethi” катары йазылмыштыр. Жранфиелд Университй'нин расмий профилинде изилдөөжы Боббй Сетхи адыйла танытылмакта, йайын листелеринде В. Sethi/Vishal Сетхи бичими кулланылмактадыр. Макаладе PDF'деки йазар сырасы корунмуш жана жазуулар арасындаки адландырма фаркы ачыкча белгиленген.

Еш биринчи йазар: PDF'де тең салым же тең биринчи авторлык билимси белиртилмемиштир.

Сорумлу йазар: Уйиогхоса Ыгие.

Мекемесал корреляция: Фажултй оф Енгинееринг анд Апплиед Сжиенжес, Жранфиелд Университй, Жранфиелд, Бедфордсхире, MK43 0АЛ, Енгланд.

DOI: 10.2139/ссрн.6945189

Дерги: Изилдөө укукемли бир дергиде йайымланмыш катары гөстерилмемектедир.

Йайын платформу: SSRN.

Йайыневи/платформ үст билимси: Елсевиер БВ. Бул билим укукемли бир дерги йайыны маанисин билдирбейт; изилдөө SSRN препринти катары жазуулыдыр.

Йайын жылы жана жазуу тарихи: 2026; SSRN жазуу тарихи 15 Хазиран 2026.

Булак түрү: Йанмасыз хесапламалы акышканлар динамиги, LES/RANS модельлеме жана маалымат талдоои камтыган препринт изилдөө макаласи.

Укукемлик абалы: Бул изилдөө бир препринттир жана укукем маанилендирмесинден кечмемиштир.

Ресмî булак:SSRN расмий изилдөө кайды

DOI корреляциясы:10.2139/ссрн.6945189

Бу Түркче түшүндүрмө, йүкленен 37 бетлык PDF'нин метни, денклемлери, таблолары, график жана шекиллери инжеленерек хазырланмыштыр. Билимсел жыйынтыктара PDF дышында йени натыйжа, эксперимент маалыматси же емисйон иддиасы екленмемиштир. Дыш булаклар гана DOI, жазуу тарихи, платформ, йайын абалы жана йазар адландырмасы сыяктуу библийографик билимлерин догруланмасы үчүн пайдаланылган.

Изилдөөнүн негизги чектелгенлыклары; укукем маанилендирмесинден кечмемиш олмасы, ана жыйынтыктарын санысал симүласйона дайанмасы, йанманын еткинлештирилмемеси, тек жетли белирли бир канал геометрисинин колдонулушу жана сунушталган йөрүнге багынтыларынын көз карандысыз экспериментсел маалыматлерле догруланмамыш олмасыдыр. Бул изилдөө герчек кыймылдаткычларда НОx азайышы, алев карарлылыгы, ишенимлик же ендүстрийел перформанс каныты суунмамактадыр.

Препринт эскертүүсы: Бул изилдөө укукем маанилендирмесинден кечмемиш бир препринттир; натыйжалары бул чектелгенлык көңүл бурууе алынарак окунмалыдыр.


Бөлүшүү:

Пикирлер текшерилгенден кийин жарыяланат.Пикириңиз жактыруу процессине жөнөтүлүп, ылайыктуу деп табылганда көрүнөт.

Пикир калтырыңыз

E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген

Бул сайтта кукилерге уруксат берүү тажрыйбаңызды жакшыртат. Куки саясаты