Ин таҳқиқот бо ченкуниҳои таҷрибавӣ ва симулятсияҳои якандозаи ҷараёни муқобил омӯхтааст, ки алангаҳои ҳамсӯзии метан-ҳидроген дар инжектори газтурбинаи дугардбод чӣ гуна дар ҳолати ба инжектор часпида ё аз он бардошта шуда устувор мешаванд. Муҳаққиқон дар 36 шароити корӣ аз тасвиргирии флуорессенсияи бо лазери ҳамвори баландсуръати OH барангехташуда, ченкунии суръат бо тасвиргирии зарраҳо ва ҳисобҳои OPPDIF бар асоси CHEMKIN истифода кардаанд. Афзоиши ҳиссаи ҳидроген умуман часпидани алангаро ба инжектор дастгирӣ кардааст, дар ҳоле ки баланд кардани суръати ҷараёни асосӣ аз 10 m/s ба 15 m/s минтақаи алангаи бардошташударо васеъ кардааст. Паҳнои аланга ва баландии бардошти алангаи пилотӣ бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген афзуда, махсусан бо таносуби импулс байни ҷараёни пилотӣ ва гузаргоҳи асосӣ робитаи қавӣ нишон додаанд. Бо вуҷуди ин, таҳқиқот preprint-и аз тақризи ҳамсолон нагузашта аст; модели якандоза андозаҳои мутлақи алангаи сеченакаи турбулентиро не, балки танҳо тамоюлҳои тағйирро ифода мекунад.

Тасвирҳои таҷрибавӣ ду сохтори асосии алангаро нишон доданд. Дар алангаи часпида қабати берунии реаксия то баромади инжектор идома меёфт, дар алангаи бардошташуда бошад, решаи ин қабат ба таври маҳаллӣ хомӯш шуда, минтақаи реаксия дар поёноб дубора устувор мегашт. Васеътар намоён шудани минтақаи миёнаи вақти OH дар алангаи бардошташуда на аз ғафстар шудани физикии қабатҳои алоҳидаи аланга, балки аз ларзиш, чинхӯрӣ, рафтори фосилавӣ ва қисман якҷо шудани қабатҳои дохилӣ ва берунии реаксия шарҳ дода шудааст.

Саволи асосии таҳқиқот чист?

Саволи асосии таҳқиқот ин аст, ки ҷараёни пешомехтаи CH₄/ҳаво, ки аз гузаргоҳи берунии асосӣ дода мешавад, бо ҷараёни софи H₂, ки аз гузаргоҳи дохилии пилотӣ бе оксидкунанда дода мешавад, дар инжектори дугардбод чӣ гуна ҳамкорӣ мекунад ва ин ҳамкорӣ алангаро чӣ гуна ба сохтори ба инжектор часпида ё аз инжектор бардошташуда табдил медиҳад. Таҳқиқот ҳамчунин баррасӣ кардааст, ки оё қабатҳои асосии реаксияи алангаи мураккаби сеченакаи турбулентиро метавон ҳамчун алангачаҳои маҳаллӣ баррасӣ карда, бо модели якандозаи ҷараёни муқобил шарҳ дод.

Гарчанде дар адабиёт таҳқиқот оид ба устувории алангаҳои дугардбод мавҷуд аст, гирифтани нишондиҳандаҳои геометрии такроршаванда, аз қабили паҳнои аланга ва баландии бардошти алангаи пилотӣ аз тасвирҳои миёнаи OH-PLIF, пайвастани ин нишондиҳандаҳо ба импулси ҷараёни пилотӣ-асосӣ ва муқоисаи ҳамон тамоюлҳо бо модели якандозаи OPPDIF маҳдуд боқӣ мондааст. Таҳқиқот ин холигиро бо муттаҳид кардани таҷриба, коркарди тасвир ва моделсозии ададии содашуда дар як чаҳорчӯба ҳадаф гирифтааст.

Инжектори дугардбод чӣ гуна кор мекунад?

Камераи сӯзиш аз сохтори мураббаъ бо чор равзанаи кварсӣ барои ченкунии оптикӣ, буриши дохилии 70 mm × 70 mm ва баландии 260 mm иборат аст. Аз гузаргоҳи ҳалқавии берунии асосӣ ҷараёни пешомехтаи CH₄/ҳаво, ки бо метани тозагии %99,999 омода шудааст, ва аз гузаргоҳи ҳалқавии дохилии пилотӣ ҳидрогени тозагии %99,999 фиристода шудааст. Ба ҷараёни ҳидрогени пилотӣ дар даромад ҳаво ё оксидкунандаи дигар илова нашудааст.

Гардбодсозандаи асосӣ тангенсиалӣ ва гардбодсозандаи пилотӣ навъи меҳварии шашқанота буд. Азбаски ҳар ду ҷараён ба муқобили самти ақрабаки соат давр дода шудаанд, дастгоҳ сохтори дугардбоди ҳамсамт ташкил кардааст. Ададҳои гардбоди асосӣ ва пилотӣ мутаносибан 0,51 ва 0,83 дода шудаанд. Дар схемаи геометрӣ диаметри баромади асосӣ 20,0 mm ва диаметрҳои вобаста ба бахши пилотӣ 10,7 mm ва 7,0 mm нишон дода шудаанд.

Ҷараёни гардбодӣ минтақаи бозгардиши дохилиро ташкил медиҳад, ки дар он газҳои гарм ва сӯхта аз минтақаи марказӣ ба сӯи инжектор бармегарданд. Ин гази гарми бозгашта ҳамчун манбаи пайвастаи гармӣ ва намудҳои фаъол амал мекунад, ки ба аз нав оташ гирифтани омехтаи тозаи сӯзишворӣ-ҳаво кӯмак мерасонад. Аммо танҳо мавҷуд будани минтақаи бозгардиши дохилӣ маънои ҳатман ба инжектор часпидани алангаро надошт. То чӣ андоза минтақаи бозгард ба инжектор наздик мешавад, суръати меҳварии ҷараёни асосӣ, градиенти суръат дар қабати буриш ва импулси ҷараёни ҳидрогени пилотӣ якҷоя ҷойи решаи алангаро муайян кардаанд.

Фарқи байни алангаи часпида ва бардошташуда чист?

Яке аз тафсирҳои муҳими таҳқиқот ин аст, ки алангаи бардошташуда набояд ҳамчун боло кӯчидани тамоми сохтори аланга дар як порча арзёбӣ шавад. Дар марҳилаи аввал тавозуни маҳаллии реаксия-интиқол дар решаи қабати берунии реаксия дар наздикии инжектор вайрон мешавад, хомӯшшавии маҳаллӣ ба вуҷуд меояд ва аланга дар мавқеи поёноб, ки шароити суръат ва омехташавӣ мувофиқтар аст, дубора часпида устувор мешавад.

Ғафстар намоён шудани минтақаи миёнаи OH дар алангаи бардошташуда низ исбот намекунад, ки сохтори дохилии як фронти лаҳзавии аланга ғафстар шудааст. Тасвирҳои лаҳзавие, ки бо 10.000 кадр дар сония гирифта шудаанд, нишон доданд, ки сатҳи аланга бо вақт ба мавқеъҳои гуногун ҳаракат мекунад, бештар чин мехӯрад ва қабатҳои дохилӣ-берунӣ гоҳ-гоҳ рӯи ҳам меоянд. Миёнасозии чор ҳазор тасвир ҳамаи ин ҳаракатҳоро ба шакли минтақаи васеи реаксия нишон медиҳад.

Ҳиссаи ҳидроген устувории алангаро чӣ гуна тағйир дод?

Баланд шудани ҳиссаи ҳидроген умуман часпидани алангаро ба инжектор дастгирӣ кард. Бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген на танҳо реактивияти кимиёвии омехта тағйир ёфт, балки суръат ва импулси ҳидрогени аз соплои пилотӣ баромада низ афзуд. Ҳамин тавр, ҷараёни пилотии марказӣ таъсири қавитари аэродинамикӣ ва кимиёвӣ ба вуҷуд овард, ки решаи алангаи берунии CH₄/ҳаворо дар наздикии инжектор дастгирӣ мекард.

Масалан, ҳангоми суръати ҷараёни асосӣ 10 m/s ва таносуби глобалии эквивалентӣ 0,6, дар мундариҷаи %60 ҳидроген алангаи часпида ва дар мундариҷаи %50 ҳидроген алангаи бардошташуда нишон дода шудааст. Вақте ҳиссаи ҳидроген аз %60 ба %50 кам карда шуд, таносуби маҳаллии эквивалентии омехтаи асосии CH₄/ҳаво афзуд ва ин тағйир, агар танҳо арзёбӣ шавад, метавонист ба суръати сӯзиш таъсири мусбат расонад. Бо вуҷуди ин, бардошта шудани аланга нишон дод, ки гузариш танҳо ба кимиёи алангаи асосӣ вобаста нест; суст шудани суръат, импулс ва дастгирии оташгирии ҷараёни ҳидрогени пилотӣ муайянкунандатар будааст.

Дар харитаи устуворӣ, ҳангоми истифодаи танҳо метан дар минтақаи тақрибан Φ_g ≤ 0,5 хомӯшшавии омехтаи камсӯзиш мушоҳида шудааст. Ҳангоми илова кардани миқдори ками ҳидроген бошад, аланга дар таносубҳои глобалии эквивалентии пасттар ҳам нигоҳ дошта шудааст. Ин бозёфт нишон медиҳад, ки ҷараёни ҳидрогени пилотӣ метавонад бо таъмин кардани гармӣ ва радикалҳои фаъол дар минтақаи марказӣ ҳадди сӯзиши камсӯзишро васеъ кунад. Аммо азбаски таҳқиқот партовҳо, масрафи сӯзишворӣ ё самаранокии системаро чен накардааст, ин афзоиши устуворӣ набояд мустақиман ҳамчун фоидаи экологӣ ё иқтисодӣ тафсир шавад.

Таъсири суръати ҷараёни асосӣ чист?

Баланд кардани суръати ҳаҷмии гузаргоҳи асосӣ аз 10 m/s ба 15 m/s минтақаи алангаи бардошташударо ба таври назаррас васеъ кард. Дар ҳамаи шароитҳое, ки дар онҳо OH-PLIF чен шуда, суръати асосӣ 15 m/s, мундариҷаи ҳидроген %20-%60 ва Φ_g = 0,5-0,7 буд, решаи алангаи берунӣ аз инжектор ҷудо шуда, морфологияи алангаи бардошташуда нигоҳ дошта шуд.

Суръати баланди асосӣ интиқоли меҳварии ҷараёни пешомехта ва градиенти суръатро дар қабати асосии буриш зиёд кард. Ҳамин тавр, шароити маҳаллии сӯзиш ва аз нав оташгирие, ки барои дар наздикии инжектор мондани сатҳи аланга лозим буд, душвортар шуд. Гарчанде афзоиши ҳиссаи ҳидроген дастгирии пилотиро зиёд кард, дар шароити 15 m/s ин дастгирӣ барои мағлуб кардани таъсири бартаридоштаи интиқоли ҷараёни асосӣ ва дубора ба инжектор бастани аланга кофӣ набуд.

Чаро таносуби глобалии эквивалентӣ танҳо кофӣ нест?

Таносуби глобалии эквивалентӣ Φ_g ҳолати стехиометрии умумии сӯзишвории система нисбат ба ҳавои умумиро ифода мекунад. Аммо дар дастгоҳи таҷрибавӣ ҳангоми тағйир додани Φ_g, таносуби эквивалентии гузаргоҳи асосӣ, қувваи умумии гармӣ, суръати пилотӣ, таносуби суръат ва ҳамкории пилотӣ-асосӣ низ якҷоя тағйир ёфтанд. Аз ин рӯ, хулосаи соддае, ки арзиши баландтари Φ_g ҳамеша алангаро ба инжектор қавитар мебандад, бароварда нашуд.

Дар тасвирҳо дида шуд, ки бо баланд шудани Φ_g минтақаи реаксия ба майдони васеътар паҳн шуда, бо озодшавии гармӣ ва васеъшавии гармӣ аланга дар поёноб сохтори рушдёфтае ба вуҷуд овардааст. Дар баъзе шароитҳо нигоҳ доштани морфологияи бардошташуда сарфи назар аз омехтаи асосии бойтар нишон дод, ки устувории аланга на танҳо ба суръати кимиёвии сӯзиш, балки ба тавозуни аэродинамикӣ байни ҷараёнҳои пилотӣ ва асосӣ вобаста аст.

Тасвирҳои OH-PLIF чӣ гуна рақамӣ карда шуданд?

Муҳаққиқон барои ҳар шароит 4.000 тасвири лаҳзавии OH-PLIF-ро миёна карда, ислоҳи шиддати қабати лазериро татбиқ намуда ва барои ҷудо кардани аланга аз замина аз усули ҳадгузории OTSU истифода кардаанд. Усули OTSU гистограммаи равшании тасвирро ба ду синф ҷудо карда, ҳаддеро, ки дисперсияи байни синфҳоро максималӣ мекунад, худкор интихоб мекунад. Ҳамин тавр, субъективияте, ки аз ҳадди собити дастӣ интихобшуда ба вуҷуд омада метавонад, кам карда шудааст.

Ҳадҳои нормализатсияшудаи OTSU, ки дар шароитҳои гуногун интихоб шудаанд, тақрибан дар байни 0,20-0,30-и шиддати максималии OH паҳн шуда, арзиши миёна тақрибан 0,25 буд. Ин натиҷа баъдтар дар модели ададӣ низ истифода шуда, мавқее, ки ба %25-и ҳиссаи молии максималии OH мувофиқ аст, ҳамчун ҳадди муқоиса интихоб шудааст. Ин сатҳи %25 ҳадди мутлақи физикии сатҳи воқеии аланга нест; он меъёри эмпирикиест, ки нишондиҳандаҳои шаклии таҷрибавӣ ва ададиро бо як истинод муқоиса мекунад.

Ду нишондиҳандаи геометрӣ таъриф шудаанд:

• Паҳнои аланга: Масофаи радиалӣ байни хатти марказии инжектор ва ҳадди OTSU-и қабати берунии реаксия.
• Баландии бардошти алангаи пилотӣ: Масофаи меҳварӣ байни ҳамвории баромади сопло ва пояи қабати дохилии реаксия.

Ҳангоми хондани тахминӣ аз графикҳо, дар шароите ки суръати асосӣ 10 m/s буд, паҳнои аланга дар сатҳи %20 ҳидроген тақрибан 7,3-7,8 mm, дар сатҳи %80 ҳидроген бошад вобаста ба Φ_g тақрибан ба 14-17,7 mm расидааст. Баландии бардошти алангаи пилотӣ дар ҳамон диапазони ҳидроген аз тақрибан 3,4-4,6 mm ба тақрибан 14,8-18,8 mm афзудааст. Ин арзишҳо аз график тахминан хонда шудаанд ва набояд ҳамчун додаҳои хоми дақиқ арзёбӣ шаванд.

Дар ҳолате ки суръати асосӣ 15 m/s буд ва ҳамаи шароити ченкунӣ алангаи бардошташуда ба вуҷуд оварданд, афзоиши паҳно маҳдудтар монд. Паҳнои аланга дар сатҳи %20 ҳидроген тақрибан 6,8-7,7 mm ва дар сатҳи %60 ҳидроген тақрибан 8,3-10,5 mm буд. Баландии бардошти пилотӣ бошад вобаста ба Φ_g сатҳҳои мутлақи гуногунтар нишон дод. Ин ҳолат нишон медиҳад, ки баландии бардоштан на танҳо гузариши часпида-бардошташударо, балки мавқеи қабати дохилии реаксияро дар дохили режими бардошташуда низ ифода мекунад.

Чаро таносуби импулс параметри калидӣ дониста шуд?

Ҳиссаи ҳидроген, суръати асосӣ ва таносуби эквивалентӣ тағйирёбандаҳои корие ҳастанд, ки ба ҳам таъсир мерасонанд. Муҳаққиқон барои ҷамъбасти натиҷаи аэродинамикии ин тағйирёбандаҳо дар як бузургӣ таносуби ҷараёни импулс байни гузаргоҳҳои пилотӣ ва асосиро истифода карданд:

\[ J = \frac{\rho_P U_P^2}{\rho_M U_M^2} \]

Дар ин ҷо J таносуби бевоҳиди импулсро, ρ_P ва ρ_M зичии омехтаро дар гузаргоҳҳои пилотӣ ва асосӣ, U_P ва U_M бошад суръатҳои баромади соплоро нишон медиҳанд. Азбаски ҷараёни импулс ба ҳосили зичӣ ва квадрати суръат вобаста аст, тағйири суръат тавозуни байни ҷараёнҳои пилотӣ ва асосиро сахт тағйир медиҳад.

Дар меҳвари уфуқии графикҳо табдили J^0,16 - 0,23, ки муаллифон истифода кардаанд, нишон дода шудааст. Мутобиқати хаттии аз натиҷаҳои таҷрибавӣ гирифташуда чунин аст:

R²-и пасттари паҳнои аланга дар режими бардошташуда нишон медиҳад, ки як параметр тамоми морфологияи ин режимро шарҳ дода наметавонад. Пас аз ҷудо шудани решаи алангаи берунӣ аз инжектор, омехташавии маҳаллӣ, ҷараёни баръакс, деформатсияи қабати буриш, дараҷаи пешомехташавии қисмӣ ва ларзиши вақтӣ нақши қавитар мегиранд. Баръакс, баландии бардошти пилотӣ ба таносуби импулс муназзамтар ҷавоб додааст, зеро бевосита инъикос мекунад, ки ҷараёни марказӣ дар куҷо бо минтақаи бозгард вомехӯрад.

Модели якандозаи OPPDIF чиро ифода мекунад?

Модели ададӣ тамоми камераи сӯзиш ё турбулентии гардбодии сеченакаро ҳал накардааст. Муҳаққиқон ду қабати асосии реаксияро, ки дар тасвирҳои OH-PLIF дида мешаванд, ҳамчун алангаҳои ҷудогонаи маҳаллии ҷараёни муқобил идеализатсия кардаанд.

• Ҳолати I: Қабати берунии реаксияро ифода мекунад. Аз як тараф CH₄/ҳавои пешомехта ва аз тарафи муқобил H₂-и соф дода шудааст. Ҳар ду ҳарорати даромад 298 K, суръати даромади CH₄/ҳаво 10 m/s ва суръати ҳидроген вобаста ба шароити таҷриба тағйирёбанда муайян шудааст.
• Ҳолати II: Қабати дохилии реаксияи пилотиро ифода мекунад. Аз поён H₂ дар ҳарорати 298 K ва аз тарафи муқобил таркиби гази сӯхтае, ки аз ҳисоби Ҳолати I гирифта шудааст, дода шудааст. Ҳарорати гази сӯхта ба ҳарорати адиабатии алангаи шароити дахлдор баробар карда шудааст.

Дар ҳар ду модел фосилаи сопло 20 mm, фишор 1 atm ва шабакаи ҳисоббарории мутобиқшаванда 600-900 нуқта муайян шудааст. Ҳамчун механизми реаксияи кимиёвӣ GRI-Mech 3.0 истифода шудааст.

Дар Ҳолати I мавқеи ҳадде, ки ба %25-и ҳиссаи молии максималии OH мувофиқ аст, ҳамчун ҳамтои паҳнои аланга дар таҷриба таъриф шудааст. Дар Ҳолати II ҳамон меъёри %25 барои муайян кардани баландии бардошти пилотӣ байни сарҳади даромади ҳидроген ва минтақаи реаксия истифода шудааст.

Дар модели якандоза бо зиёд шудани ҳиссаи ҳидроген ҳам паҳнои аланга ва ҳам баландии бардошти пилотӣ мунтазам зиёд шуданд. Дар мутобиқати хаттӣ бо нишондиҳандаи импулс барои Ҳолати I ва Ҳолати II R² = 0,95 ба даст омад. Ин мутобиқати қавӣ нишон дод, ки тамоюлҳои асосии қабатҳои реаксияи маҳаллиро бо модели содашудаи ҷараёни муқобил шарҳ додан мумкин аст.

Аммо паҳнои мутлақи аланга дар симулятсия тақрибан 2,1-3,9 mm ва баландии бардошти пилотӣ тақрибан 2,0-6,6 mm мебошад ва бо арзишҳои макроскопии таҷрибавӣ мустақиман мувофиқат намекунад. Муҳаққиқон низ арзиши моделро на дар пешгӯии андозаи мутлақ, балки дар шарҳ додани самти тағйири шакли аланга ҳангоми тағйири ҳиссаи ҳидроген ва импулс мебинанд.

Муодилаҳои асосии истифодашуда дар таҳқиқот

Адади гардбоди асосӣ

\[ S_M = \frac{\pi(r_o^2-r_P^2)(r_i-t/2)}{4\,t\,h}\,r_o \]

S_M шиддати бевоҳиди гардбоди гардбодсозандаи асосӣ мебошад. r_o, r_P ва r_i мутаносибан радиуси баромади соплои асосӣ, радиуси соплои пилотӣ ва радиуси дохилии гузаргоҳи асосиро; t паҳнои канали тангенсиалӣ ва h баландии қанотро нишон медиҳанд. Дар навишти муодила берун аз каср дида шудани ҳади охирини r_o номуайянии типографӣ ба вуҷуд меорад, ки оё ин ҳад зарбкунанда аст ё идомаи махраҷ. Таҳқиқот ин қавсбандиро ҷудогона шарҳ надодааст; ифода дар ин ҷо бо риояи тартиби рамзҳои матн оварда шудааст.

Адади гардбоди пилотӣ

\[ S_P = \frac{2}{3}\left[\frac{1-(d_h/d)^3}{1-(d_h/d)^2}\right]\tan\theta \]

S_P адади гардбоди пилотӣ мебошад. d_h диаметри маркази гупчак, d диаметри гардбодсозандаи пилотӣ ва θ кунҷи қаноти пилотиро нишон медиҳад. Азбаски таносубҳои диаметр ва ҳади тангенс бевоҳид мебошанд, S_P низ бевоҳид аст.

Таносуби глобалии эквивалентӣ

\[ \Phi_g = s\frac{\dot{m}_{CH_4}+\dot{m}_{H_2}}{\dot{m}_a} \]

Φ_g таносуби глобалии эквивалентӣ мебошад. ṁ_CH₄ ва ṁ_H₂ ҷараёни массавии сӯзишвориҳо ва ṁ_a ҷараёни массавии ҳаворо нишон медиҳанд. Вақте ҷараёнҳо бо як воҳид, масалан kg/s истифода мешаванд, таносуб бевоҳид аст. s таносуби стехиометрии сӯзишворӣ-ҳавои сӯзишвории омехтаро ифода мекунад.

Таносуби стехиометрӣ

\[ s = \frac{(2-1.5X_{H_2})(W_{O_2}+3.76W_{N_2})}{X_{CH_4}W_{CH_4}+X_{H_2}W_{H_2}} \]

W_i вазни молекулавии намуди дахлдор ва X_CH₄ ва X_H₂ таносубҳои молӣ ё ҳаҷмии ҷузъҳои сӯзишвориро нишон медиҳанд. Коэффисиенти 3,76 коэффисиенти моделиест, ки таносуби молии нитроген-оксигенро дар ҳаво ифода мекунад.

Мундариҷаи ҳидроген

\[ X_{H_2} = \frac{\dot{V}_{H_2}}{\dot{V}_{CH_4}+\dot{V}_{H_2}} \]

V̇_H₂ ва V̇_CH₄ ҷараёнҳои ҳаҷмии ҳидроген ва метан мебошанд. Вақте ҳамон воҳиди ҷараёни ҳаҷмӣ истифода мешавад, X_H₂ бевоҳид аст ва дар таҳқиқот бо фоиз ифода шудааст.

Таносуби импулси пилотӣ-асосӣ

\[ J = \frac{\rho_PU_P^2}{\rho_MU_M^2} \]

Ин муодила ҷараёни импулси ҷараёни пилотиро нисбат ба ҷараёни импулси ҷараёни асосӣ муқоиса мекунад. Бо зиёд шудани J таъсири аэродинамикии ҷараёни марказии пилотӣ нисбат ба ҷараёни асосӣ зиёд мешавад. Натиҷаи асосии таҳқиқот ин аст, ки шакли алангаро на танҳо бо таркиби сӯзишворӣ, балки бо ин тавозуни нисбии импулс мунтазамтар шарҳ додан мумкин аст.

Графикҳо ва шаклҳо чиро нишон медиҳанд?

• Схемаи дастгоҳи таҷриба: Муносибати геометрии байни гузаргоҳи берунии CH₄/ҳаво, гузаргоҳи дохилии пилотии H₂, ду гардбодсозандаи гуногун ва камераи сӯзиши дорои равзанаҳои кварсиро нишон медиҳад.
• Схемаҳои OH-PLIF ва PIV: Системаи тасвиргирии радикали OH бо нури барангезиши 283 nm ва системаи PIV-ро, ки бо лазери 532 nm аз ҳаракати зарраҳо майдони суръат ҳосил мекунад, нишон медиҳанд.
• Муқоисаи часпида-бардошташуда: Фарқи байни сохторе, ки қабати берунии реаксия дар наздикии инжектор идома меёбад, ва сохторе, ки дар реша хомӯш шуда дар поёноб дубора ба вуҷуд меояд, нишон медиҳад.
• Майдонҳои суръати PIV: Нишон медиҳанд, ки дар ҳар ду режим минтақаи бозгардиши дохилӣ мавҷуд аст, аммо дар алангаи бардошташуда ҷараёни баръакс ба инжектор бештар наздик ва градиенти суръат дар қабати асосии буриш зиёд мешавад.
• Тасвирҳои лаҳзавӣ ва миёнаи OH: Нишон медиҳанд, ки минтақаи васеътари миёнаи OH дар алангаи бардошташуда аз чинхӯрии лаҳзавӣ ва тағйирёбии мавқеи аланга ба вуҷуд меояд.
• Харитаи устуворӣ: Нишон медиҳад, ки афзоиши ҳидроген минтақаи часпида ва афзоиши суръати асосӣ минтақаи бардошташударо васеъ мекунад.
• Графики OTSU: Нишон медиҳад, ки ҳадҳои худкори шароити гуногун тақрибан дар байни %20-%30-и сигнали максималии OH ҷамъ мешаванд.
• Графикҳои параметри шакл: Нишон медиҳанд, ки паҳнои аланга ва баландии бардошти пилотӣ умуман бо ҳидроген зиёд мешаванд.
• Коррелятсияҳои импулс: Нишон медиҳанд, ки мавқеи қабати дохилии реаксия нисбат ба паҳнои алангаи бардошташуда ба таносуби импулс муназзамтар ҷавоб медиҳад.
• Натиҷаҳои OPPDIF: Нишон медиҳанд, ки модели якандоза метавонад на андозаҳои мутлақи таҷрибавӣ, балки самтҳои тағйир ва робита бо импулсро бозтавлид кунад.

Ҳар яке аз тасвирҳои OH-PLIF, ки аз рӯи ҳидроген ва таносуби эквивалентӣ дода шудаанд, ҷудогона ба шиддати максималии OH-и худ нормализатсия шудаанд. Аз ин рӯ, ин тасвирҳоро барои муқоисаи миқдори мутлақи OH ё шиддати умумии реаксия байни шароитҳои гуногун истифода бурдан мумкин нест. Тасвирҳо танҳо муқоисаи мавқеъ, паҳно ва шакли минтақаи реаксияро медиҳанд.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Афзоиши ҳиссаи ҳидроген дар инжектори дугардбоди омӯхташуда дастгирии пилотиро қавӣ карда, режими алангаи часпидаро васеъ кардааст.
• Баланд кардани суръати ҷараёни асосӣ ба 15 m/s шароити алангаи бардошташударо ба таври назаррас зиёд кардааст.
• Алангаи бардошташуда бо хомӯшшавии маҳаллии решаи алангаи берунӣ ва аз нав устувор шудани он дар поёноб шарҳ дода шудааст.
• Паҳнои аланга ва баландии бардошти алангаи пилотӣ умуман бо мундариҷаи ҳидроген зиёд шудаанд.
• Баландии бардошти пилотӣ ҳам дар режими часпида ва ҳам бардошташуда бо таносуби импулс робитаи қавӣ нишон додааст.
• Модели якандозаи ҷараёни муқобил тамоюлҳои асосии тағйири шакли алангаи сеченакаи турбулентиро ба таври сифатӣ бозтавлид кардааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот исбот намекунад

• Таҳқиқот самаранокии саҳроӣ ё муваффақияти дарозмуддати кор дар газтурбинаи тиҷоратиро нишон намедиҳад.
• Партовҳои NOx, CO, карбогидридҳои носӯхта ё умумии CO₂ чен нашудаанд.
• Муайян нашудааст, ки ҳиссаи ҳидроген самаранокии система, арзиши истеҳсоли барқ ё умри турбинаро то чӣ андоза тағйир медиҳад.
• Бехатарии flashback ба таври таҷрибавӣ харитабандӣ нашуда ва устувории мавод арзёбӣ нашудааст.
• Тасвирҳои OH-PLIF ченаки мутлақи озодшавии гармӣ нестанд.
• Дидани чинхӯрии қавитар дар алангаи бардошташуда исбот намекунад, ки шиддати турбулентӣ ё суръати сӯзиши турбулентӣ ҳатман зиёд шудааст.
• Симулятсияи якандоза тамоми майдони ҷараёни гардбодӣ, турбулентии сеченака ё ҳамкории акустикии вобаста ба вақтро ҳал намекунад.
• Коррелятсияҳо худ аз худ сабабиятро исбот намекунанд ва таносуби импулс махсусан тамоми тағйирёбии паҳнои алангаи бардошташударо шарҳ намедиҳад.

Аз нуқтаи назари Туркия чӣ маъно дорад?

Таҳқиқот нишон медиҳад, ки ҳангоми мутобиқ кардани газтурбинаҳои бо гази табиӣ коркунанда ба сӯзишвориҳои дорои ҳидроген танҳо ба фоизи сӯзишворӣ диққат додан кофӣ нест. Агар геометрия, суръат, зичӣ ва импулси нисбии гузаргоҳҳои пилотӣ ва асосӣ якҷоя тарҳрезӣ нашаванд, истифодаи сӯзишвории реактивтар худ аз худ кафолат намедиҳад, ки аланга дар нуқтаи дилхоҳ нигоҳ дошта мешавад.

Барои донишгоҳҳо ва ташкилотҳои саноатии Туркия, ки дар соҳаҳои газтурбина, камераи сӯзиш, табдили энергия ва технологияҳои ҳидроген кор мекунанд, ҷиҳати бештар интиқолшавандаи таҳқиқот ин аст, ки пеш аз гузаштан ба ҳисобҳои гарони сеченака ченкуниҳои OH-PLIF/PIV-ро бо нишондиҳандаҳои шаклии OTSU рақамӣ кардан ва қабатҳои реаксияи маҳаллиро бо моделҳои содашудаи ҷараёни муқобил омӯхтан мумкин аст. Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои мавҷуда ба як инжектори лабораторӣ ва доираи маҳдуди корӣ тааллуқ доранд. Барои интиқол ба турбинаҳои воқеии Туркия таҷрибаҳои сӯзиши зерифишор, ченкунии партовҳо, ҳадҳои flashback, устувории термоакустикӣ, устувории мавод ва санҷишҳои дарозмуддати система заруранд.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Хулосаи техникии шароити таҷриба

Ченкунии OH-PLIF

• Лазери импулсии Nd:YAG бо қувваи 30 W, 10 kHz ва баромади 532 nm истифода шудааст.
• Баромади лазери рангӣ ба 283 nm табдил дода шуда, гузариши OH A-X (1,0), хатти Q₁, барангехта шудааст.
• Энергияи импулс тақрибан 75 µJ/импулс ва давомнокии импулс 10 ns аст.
• Сигнали OH бо филтри гузариши банди 315 ± 10 nm сабт шудааст.
• Барои ҳар шароит дар муддати 0,4 сония бо суръати намунагирии 10 kHz ҷамъ 4.000 тасвир гирифта шудааст.
• Профили шиддати қабати лазерӣ бо истифода аз алангаи устувори Bunsen муайян ва калибркунӣ дар фосилаҳои яксоата такрор шудааст.
• Қобилияти фазоии OH-PLIF тақрибан 0,11 mm/piksel гузориш шудааст.
• Тасвирҳо бо коди асосёфта ба MATLAB коркард ва 4.000 кадр миёна карда шудаанд.

Ченкунии суръати PIV

• Лазери пайваста бо қувваи 20 W, 532 nm MGL-W-532 истифода шудааст.
• Ҳамчун пайгиркунандаи ҷараён зарраҳои сахти алюмина истифода шудаанд.
• Тасвирҳо бо камераи NAC MEMRECAM HX-7s бо суръати 5 kHz гирифта шудаанд.
• Вақт байни тасвирҳои пайдарпай Δt = 200 µs аст.
• Векторҳои суръат тавассути PIVlab бо усули коррелятсияи салибӣ ҳисоб карда шудаанд.
• Равзанаи дархост 16 × 16 пиксел, таносуби ҳампӯшӣ %50 ва фосилаи вектор тақрибан 1,17 mm аст.
• Бо фарз кардани хатои ҷойивазкунии зерпикселӣ тақрибан 0,1 пиксел, номуайянии нисбии ченкунии суръат тақрибан %1-%3-и суръати миёна ҳисоб шудааст.
• Аз ҷамъ 4.000 тасвир майдонҳои суръати лаҳзавӣ ва миёна гирифта шудаанд.

Шароити модели ададӣ

Бозёфтҳои асосӣ

1. Дар инжектори дугардбод ду режими асосии аланга — часпида ва бардошташуда — муайян карда шуданд.
2. Бо зиёд шудани мундариҷаи ҳидроген минтақаи алангаи часпида васеъ, бо зиёд шудани суръати асосӣ бошад минтақаи алангаи бардошташуда васеъ шуд.
3. Дар ҳолати танҳо метан дар атрофи Φ_g ≤ 0,5 хомӯшшавии омехтаи камсӯзиш мушоҳида шуд, дар ҳоле ки иловаи ҳидроген алангаро дар шароити камсӯзиштари дигар нигоҳ дошт.
4. Дар алангаи бардошташуда решаи қабати берунии реаксия дар наздикии инжектор ба таври маҳаллӣ хомӯш ва дар поёноб дубора устувор шуд.
5. Дар алангаи бардошташуда градиенти суръат дар қабати асосии буриш ва нуфузи минтақаи бозгардиши дохилӣ ба сӯи инжектор зиёд шуд.
6. Паҳнои аланга ва баландии бардошти алангаи пилотӣ умуман бо мундариҷаи ҳидроген зиёд шуданд.
7. Мутобиқати баландии бардошти пилотии таҷрибавӣ бо нишондиҳандаи импулс дар алангаи часпида R² = 0,90 ва дар алангаи бардошташуда R² = 0,92 буд.
8. Барои паҳнои алангаи часпида R² = 0,92 ва барои паҳнои алангаи бардошташуда арзиши пасттари R² = 0,67 ба даст омад.
9. Дар модели якандоза барои паҳнои аланга ва баландии бардошти пилотӣ робитаи импулсӣ дар сатҳи R² = 0,95 ба даст омад.
10. Модели якандоза андозаҳои мутлақи таҷрибавиро надод, аммо тамоюлҳои вобаста ба тағйири ҳидроген ва импулсро дар самти дуруст бозтавлид кард.

Арзёбии оморӣ ва ченкунӣ

Дар таҳқиқот муносибатҳои хаттӣ бо арзишҳои R² пешниҳод шудаанд. Дар баробари ин, confidence interval-и коэффисиентҳои регрессия, p-арзишҳо, шумораи такрорҳои мустақили таҷриба ё стандарт deviation ва error bar барои параметрҳои шакл дода нашудаанд. Чор ҳазор кадр рафтори вақтии алангаро намуна мегиранд; онҳо бо такрорҳои мустақили таҷриба як чиз нестанд. Номуайянии суръати PIV %1-%3 ҳисоб шудааст, аммо барои паҳнои аланга ва баландии бардоштан паҳншавии ҷудогонаи номуайянӣ пешниҳод нашудааст.

Номувофиқатҳои дохилии дидашуда дар усул

• Миқёси тасвири PIV дар матн ҳамчун 0,146 nm/piksel дода шудааст. Дар ҳамон параграф навишта шудааст, ки 16 пиксел ба 2,34 mm мувофиқ аст. Азбаски ҳисоби 16 × 0,146 mm тақрибан 2,34 mm медиҳад, эҳтимол “nm” бояд “mm” бошад; аммо таҳқиқот инро тасдиқ накардааст, бинобар ин воҳид набояд бесадо ислоҳ шавад.
• Модели камераи OH-PLIF дар матни усул Photron HSS6 ва дар Шакли 2 Photron Fastcam SA-X2 номида шудааст.
• Дар муодилаи адади гардбоди асосӣ мавқеи ҳади охирини r_o дар сохтори каср аз ҷиҳати типографӣ равшан нест.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Experimental investigation of CH4/H2 co-firing flame structure with comparison to 1D simulation in dual-swirl injector

Муаллифон: Jinseong Kim; Hyunchang Lee; Keeman Lee; Matthew Dunn; Assaad Masri.

Тартиби муаллифон: Рӯйхати боло тартиби аслии таҳқиқотро нигоҳ медорад.

Муаллифи якуми баробар: Дар таҳқиқот изҳороти муаллифии якуми баробар ё саҳми баробар вуҷуд надорад.

Муаллифони масъул: Keeman Lee ва Assaad Masri.

Муассисаҳо:

• School of Mechanical and Aerospace Engineering / Center for Aerospace Engineering Research, Sunchon National University, Suncheon 57922, Republic of Korea.
• School of Aerospace, Mechanical and Mechatronic Engineering, The University of Sydney, NSW 2006, Australia.

DOI:10.2139/ssrn.6944015

Маҷалла: Маҷаллаи тақризшуда ё нашри ниҳоии маҷалла аз рӯи ин версия тасдиқ нашудааст.

Платформаи нашр: SSRN.

Ношири аслӣ/таъминкунандаи платформа: SSRN ношири маҷаллаи тақризшуда нест. Он платформаи preprint ва таҳқиқоти марҳилаи аввал мебошад, ки аз ҷониби Elsevier Inc. идора мешавад.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Мақолаи таҳқиқотии preprint, ки таҳқиқоти таҷрибавӣ ва моделсозии ададии якандозаро дар бар мегирад.

Ҳолати тақриз: Ин таҳқиқот preprint аст ва аз тақризи ҳамсолон нагузаштааст. Бозёфтҳо бояд бо дарназардошти ин маҳдудият хонда шаванд.

Пайванди расмии манбаъ:https://ssrn.com/abstract=6944015

Маблағгузорӣ: Дар таҳқиқот лоиҳаи табдили ҳамсӯзии ҳидроген бо рақами RS-2023-00254668 барои газтурбинаи 150 MW-и синфи F, ки аз ҷониби Korea Institute of Energy Technology Evaluation and Planning дастгирӣ шудааст, ва лоиҳаи ташхиси газ ва алангаи омехтаи ҳидроген бо рақами RS-2025-07982969, ки аз ҷониби KEIT ва Вазорати савдо, саноат ва энергетикаи Ҷумҳурии Корея дастгирӣ шудааст, зикр шудаанд. Барои Matthew Dunn ва Assaad Masri дастгирии Australian Research Council гузориш шудааст.

Ин шарҳи туркӣ бо баррасии матн, муодилаҳо, ҷадвалҳо, графикҳо ва шаклҳои таҳқиқоти боршуда омода шудааст. Бозёфтҳои илмие, ки дар таҳқиқот вуҷуд надоранд, ба мундариҷаи асосӣ илова нашудаанд. Манбаъҳои беруна танҳо барои тасдиқи библиографии унвон, муаллифон, DOI, сабти SSRN, хусусияти платформа ва ҳолати тақриз истифода шудаанд.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: аз тақризи ҳамсолон нагузаштани он, маҳдуд будан ба геометрияи як инжектори лабораторӣ, дар фишори атмосферӣ гузаронида шудан, ба таври муфассал надодани такрорҳои мустақили таҷриба ва номуайянии параметрҳои шакл, набудани ченкунии партовҳо ва flashback ва ифода накардани ҷараёни сеченакаи турбулентӣ бо арзишҳои мутлақ аз ҷониби модели якандоза. Меъёрҳои OTSU ва %25 OH ҳадҳои эмпирикии интихобшуда барои муқоиса мебошанд; онҳо набояд ҳамчун мавқеи дақиқи физикии сатҳи аланга арзёбӣ шаванд.