Akademik tadqiqotlar, tushunarli til

Verianla | O‘zbekcha akademik tadqiqotlar va ilm-fan

27 Sentabr 2026, Yakshanba
VERİANLAMustaqil ilmiy nashriyot
Menyuni ochish yoki yopish
...
Bosh sahifa / Amaliy fanlar / Energetika tadqiqotlari / Yopiq ko‘ndalang oqimdagi metan–vodorod jetlari: vodorod ulushi jetning kirib borishi, turbulentlik va yoqilg‘i–havo aralashishini qanday o‘zgartiradi?
Energetika tadqiqotlari

Yopiq ko‘ndalang oqimdagi metan–vodorod jetlari: vodorod ulushi jetning kirib borishi, turbulentlik va yoqilg‘i–havo aralashishini qanday o‘zgartiradi?

Ushbu tadqiqot doimiy issiqlik energiyasi kiritilishi sharoitida hajm bo‘yicha %0 dan %100 gacha vodorod saqlovchi metan–vodorod yoqilg‘ilari gaz turbinasining aralashtirish kanallarini ifodalovchi yopiq ko‘ndalang havo oqimiga purkalganda qanday harakatlanishi va havo bilan qanday aralashishini o‘rgangan.

27/07/2026  Veri Anla 44 marta ko‘rildi
Yopiq ko‘ndalang oqimdagi metan–vodorod jetlari: vodorod ulushi jetning kirib borishi, turbulentlik va yoqilg‘i–havo aralashishini qanday o‘zgartiradi?

Ushbu tadqiqot doimiy issiqlik energiyasi kiritilishi sharoitida hajm bo‘yicha %0 dan %100 gacha vodorod saqlovchi metan–vodorod yoqilg‘ilari gaz turbinasining aralashtirish kanallarini ifodalovchi yopiq ko‘ndalang havo oqimiga purkalganda qanday harakatlanishi va havo bilan qanday aralashishini o‘rgangan. Tadqiqotchilar katta girdoblar simulyatsiyasini (Large Eddy Simulation, LES) Reynolds bo‘yicha o‘rtachalangan Navier-Stokes (RANS) hisoblari bilan qo‘llab-quvvatlab, jet trayektoriyasi, yoqilg‘ining kirib borishi, girdob tuzilmalari, turbulentlik spektri va yoqilg‘i–havo aralashmaganligini taqqoslagan. LES natijalarida jetning kirib borishi vodorod ulushi bilan chiziqli ravishda oshmagan; eng katta kirib borish hajm bo‘yicha taxminan %80 vodorodli aralashmada kuzatilgan. Biroq, bu yonishsiz sonli model bo‘lib, ekspert baholashidan o‘tmagan va taklif qilingan yangi trayektoriya bog‘lanishlari hali tajribada tasdiqlanmagan.

Vodorod nisbatini oshirish doimiy energiya kiritish uchun zarur bo'lgan yoqilg'ining massa oqim tezligini pasaytirdi va reaktiv tezligini oshirdi.Yoqilg'i tezligi %0 vodorod metanida 295 m/s bo'lsa, sof vodorodda u 978 m/s ga yetdi.Biroq, sof vodorodning juda past zichligi tufayli impuls oqimi nisbati eng yuqori qiymatini toza vodorodda emas, balki %80 vodorodini hajm bo'yicha o'z ichiga olgan aralashmada oldi.Ushbu qarama-qarshi ta'sirlar birinchi navbatda reaktiv penetratsiyaning kuchayishiga, %80 vodorodiga yaqin maksimal darajaga yetishiga va keyin toza vodorodda yana pasayishiga olib keldi.

Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, umumiy Holdeman trayektoriya bog‘lanishi LES tomonidan bashorat qilingan penetratsiyani sezilarli darajada kam baholaydi, ayniqsa %80 va %100 vodorod sharoitlarida.Tadqiqotchilar zichlik effektini kamaytiradigan va momentum oqimi tezligini ta'kidlaydigan ikkita o'zgartirilgan munosabatlarni taklif qilishdi.Ikkinchi o'zgartirilgan korrelyatsiya o'rganilgan sharoitlarda LES natijalariga eng yaqin umumiy moslikni ta'minlaganligi haqida xabar berilgan.

Yonilg'i-havo aralashmasligi vodorod nisbati oshishi bilan muntazam ravishda kamaydi.Bu natija nafaqat vodorodning metanga nisbatan yuqori molekulyar diffuziyasi bilan bog'liq;Yuqori reaktiv tezligi natijasida hosil bo'lgan turbulent kinetik energiya aralashmani asosiy mexanizm sifatida mustahkamlaydi, deb baholandi.Biroq, ish to'g'ridan-to'g'ri olov, issiqlik yoki NO bilan amalga oshirilmasligi kerakx uning shakllanishiga taqlid qilmagan.Aralashmaslikning pastligi haroratning bir xil taqsimlanishiga olib kelishi mumkinligi va kamroq issiq nuqtalar yonish sinovi yoki emissiya o'lchovi bilan tasdiqlanmagan.

Tadqiqotning markaziy savoli nima?

Tadqiqotning markaziy savoli - tabiiy gazga vodorod qo'shilishi yopiq gaz turbinasi aralashtirish kanalida o'zaro oqim oqimining traektoriyasini va yoqilg'i-havo aralashmasi sifatini qanday o'zgartirishi.Xususan, bir xil kimyoviy energiya kiritishni saqlab, vodorod nisbatini o'zgartirish;U bir vaqtning o'zida yonilg'i zichligini, massa oqim tezligini, reaktiv tezligini, impuls oqimi tezligini va molekulyar diffuziyani o'zgartiradi.Bu xususiyatlar bir-biridan mustaqil ta'sir qilmagani uchun, ko'proq vodorod har doim yuqori yoki past reaktiv penetratsiyani keltirib chiqarishini oldindan aytib bo'lmaydi.

Tadqiqot, shuningdek, tabiiy gaz oqimlari uchun keng qo'llaniladigan Holdeman tenglamasining vodorodga boy yoqilg'i uchun ishonchli yoki ishonchli emasligini o'rganib chiqdi.Holdeman munosabati erkin o'zaro oqimga kiritilgan isitiladigan havo oqimlaridan olingan va 15 dan 60 gacha bo'lgan momentum oqimi nisbatlarida tasdiqlangan.Ushbu tadqiqotdagi qiymatlar 9,09 va 14,09 orasida bo'lib, yoqilg'i tarkibi metandan toza vodorodgacha o'zgarib turadi.

Adabiyotdagi qanday bo'shliq ko'zda tutilgan?

Jet in crossflow (JICF) tuzilishi;Yoqilg'i-havo aralashtirish, yonish kamerasini suyultirish havosi va turbina pichoqlarini to'qnashuv sovutish kabi ilovalarda keng qo'llaniladi.Erkin yoki cheklanmagan reaktivlar bo'yicha keng adabiyotlar mavjud bo'lsa-da, haqiqiy gaz turbinasi aralashtirish kanallariga o'xshash yopiq geometriyalar kamroq o'rganilgan.

Vodorod o'z ichiga olgan yoqilg'i bilan oldingi ishlarning aksariyati reaktsiya alangasi, laboratoriya miqyosidagi erkin oqimlar yoki vodorodning o'ziga xos nisbatlariga qaratilgan.Ushbu tadqiqot tomonidan maqsad qilingan bo'shliq;%0, %40, %60, %80 va %100 amaliy gaz turbinasi yondirgichidan olingan yopiq va yonmaydigan aralashtirish kanalida bir xil energiya kiritishda vodorod aralashmalarining trayektoriya va aralashish xatti-harakatining birgalikdagi baholari.

Ko‘ndalang oqimdagi jetda qanday oqim tuzilmalari hosil bo‘ladi?

Ko'ndalang yo'nalishda harakatlanadigan havo oqimiga perpendikulyar berilgan yonilg'i oqimi to'g'ri chiziqda harakat qilmaydi.Havo oqimi reaktivni quyi oqimga egganda, reaktiv atrofida o'zaro bog'langan vorteks tizimlari hosil bo'ladi:

  • Qarama-qarshi aylanuvchi girdob juftligi, CVP: Katta o'lchamli, buyrak shaklidagi girdob juftligi, yonilg'i tashish va reaktivning uzoq maydonida aralashtirishni belgilaydi.
  • Taqa girdobi: Jet teshigi va devor chegara qatlami oldidagi teskari bosim gradientining o'zaro ta'siridan iborat.
  • Jet siljish qatlami girdobi: Bu reaktiv va o'zaro oqim o'rtasidagi tezlik farqi natijasida kelib chiqqan Kelvin-Gelmgolts beqarorligidan kelib chiqadi.
  • Iz girdobi: Jet teshigi ortidagi chegara qatlami va oqim ajralishi bilan bog'liq.
  • Kichik soch turmagi shaklidagi burmalar: Bular, ayniqsa, devor yaqinida ko'rilgan kichik o'lchamdagi turbulentlik tuzilmalari.

LES tasvirlarida vodorod nisbati nafaqat reaktiv markaz chizig'ini, balki bu girdoblarning o'lchamlarini, devor bilan aloqasini va bir-biri bilan o'zaro ta'sirini ham o'zgartirishi kuzatilgan.Katta qarama-qarshi vorteks juftligi volumetrik %0 vodorod holatida yuqori devorga etib bormagan bo'lsa-da, yuqori devor bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa %40 va %100 vodorod o'rtasidagi standart energiya kiritish holatlarida sodir bo'ldi.Past impuls oqimi %60 vodorod holati bir xil momentum oqimi nisbati bilan sof metan holatiga yaqinroq vorteks naqshini ko'rsatdi.

Hisoblash sohasi va ishlash shartlari

Raqamli maydon Krenfild universitetida ishlab chiqilgan Mitsubishi tipidagi valyuta kursi past NO.x burnerning yoqilg'i-havo aralashtirish zonasidan ilhomlangan.Ushbu o'rnatish tijorat yonish kamerasining to'g'ridan-to'g'ri nusxasi emas;biroq, masshtab nisbati va sxemasi amaliy gaz turbinasi aralashtirish kanalini ifodalash uchun tanlangan.

  • Yoqilg'i teshigi diametri: 4 mm
  • Yoqilg'i soplosining uzunligi: 4 mm
  • O'zaro havo kirishi va yonilg'i teshigi orasidagi masofa: 20 mm
  • Kanal o'lchamlari: 168,12 mm × 75 mm × 26,75 mm
  • Havo harorati: 692 K
  • Oʻzaro havo tezligi: 95 m/s
  • Standart yoqilg'i kirish harorati: 413 K
  • Yoqilg'i teshiklari soni: Bir dumaloq jet
  • Yonish holati: o'chirilgan, yonishsiz oqim

Kimyoviy energiya sarfi barcha oltita ish sharoitlarida teng bo'ldi:

HolatH2 tovush nisbatiCH4 tovush nisbatiYoqilg'i oqimi tezligiYoqilg'i haroratiYoqilg'i tezligiImpuls oqimi nisbati J
1%0%10026,35 g/s413 K295 m/s9,09
2%40%6023,79 g/s413 K409 m/s11,40
3%60%4021,59 g/s413 K508 m/s12,83
4%80%2017,98 g/s413 K669 m/s14,09
5%100%010,99 g/s413 K978 m/s12,64
6: Past-J %60 H2%60%4021,59 g/s292 K360 m/s9,09

Sof vodorod eng yuqori oqim tezligiga ega bo'lsa-da, u eng yuqori impuls oqimi tezligiga ega emas.Buning sababi shundaki, impuls faqat tezlik bilan emas, balki zichlik bilan ham belgilanadi.Sof vodorodning juda past zichligi tezlikni oshirishning bir qismini qoplaydi;J qiymati %80 vodorodli aralashmada 14,09 bilan eng yuqori darajaga ko'tarildi va sof vodorodda 12,64 ga kamaydi.

Oltinchi shart - maxsus nazorat sharti.%60 hajmi bo'yicha vodorodni o'z ichiga olgan bo'lsa-da, yoqilg'i kirish harorati 292 K ga tushirildi va momentum oqimi tezligi sof metan holatida 9,09 qiymatiga tenglashtirildi.Shunday qilib, vodorod tarkibi va momentum oqimining ta'sirini bir-biridan qisman ajratish mumkin edi.

LES va RANS modellari qanday amalga oshirildi?

Katta girdob simulyatsiyasi to'g'ridan-to'g'ri hisoblash tarmog'idan kattaroq turbulentlik tuzilmalarini hal qildi;kichikroq burmalar devorga moslashuvchi mahalliy Eddy-viskozite (WALE) pastki tarmoq modeli bilan ifodalangan.Asosiy LES domeni ANSYS ICEM 2021 yordamida yaratilgan taxminan 12 million tuzilgan hujayralardan iborat.Yoqilg'i kirish joyi atrofidagi kichik vortekslarni ushlab turish uchun ushbu mintaqada mahalliy to'rni yupqalash qo'llanildi.

%0, %40, %60 va %80 vodorod sharoitidagi vaqt qadami 1 × 10-6 soniyalarda tanlanadi.Sof vodorodning yuqori kirish tezligi 978 m/s 2 × 10 tufayli Courant-Friedrichs-Lewy sonini taxminan bittada ushlab turish uchun vaqt bosqichi-7 soniyalarga qisqartirildi.20 iteratsiyasi har bir vaqt bosqichida amalga oshirildi va qoldiqlar kamida ikki darajaga kamaydi.

Har bir LES holati uchun dastlabki konvergentsiya uchun beshta oqim-tranzit vaqti, vaqtning o'rtacha ko'rsatkichlarini olish uchun beshta oqim-o'tish vaqti va lahzali turbulentlik kinetik energiya signallarini qayd qilish uchun uchta oqim-o'tish vaqti hisoblab chiqilgan.Umumiy hisoblash vaqti 13 oqim vaqti.

Gaz aralashmasining termofizik xususiyatlari AramcoMech 1.3 mexanizmi tomonidan ta'minlanadi.Flamelet tomonidan ishlab chiqarilgan manifold yonish modeli hisoblash sxemasiga qo'shilgan bo'lsa-da, kimyoviy reaktsiyalar yoqilmagan.Shuning uchun, tadqiqot yonish yoki emissiya simulyatsiyasi emas, balki olovdan oldin yoqilg'i-havo aralashmasi jarayonining yonishsiz tekshiruvidir.

RANS taqqoslashda dastlab amalga oshiriladigan k-e va standart k-ō turbulentlik modellari baholandi.Volumetrik %40 vodorod holatida amalga oshiriladigan k-e modeli jetning yuqori devorga etib borishini va ikki qismga bo'linishini ortiqcha taxmin qiladi.Standart k-ō modeli LES chiqish taqsimotiga yaxshiroq mos kelganligi sababli, bu model asosiy RANS hisob-kitoblari uchun tanlangan.

Raqamli usul qanday tasdiqlangan?

Asosiy yopiq kanal geometriyasidan farqli o'laroq, avvalroq eksperimental ma'lumotlar e'lon qilingan erkin havo oqimi-o'zaro oqim sxemasi qayta ishlangan.Ushbu tekshirish sharoitida impuls oqimi tezligi 16, reaktiv diametri 8 mm, ko'ndalang havo tezligi 9,43 m / s, bosim esa atmosferadir.Tasdiqlash LES tarmog'ida taxminan 10 million tugun va+ qiymat taxminan 3 da saqlanadi.

LES va RANS natijalari;Ular o'rtacha reaktiv kontsentratsiyasi, o'rtacha tezlik komponentlari, konsentratsiyaning o'rtacha kvadrat tebranishlari va Reynolds stress komponentlari bo'yicha eksperimental profillar bilan taqqoslandi.RANS devor yaqinidagi ba'zi profillarni yaxshi suratga olgan bo'lsa-da, yuqoriroq pozitsiyalarda aniqligini yo'qotdi.LES umumiy oqim va turbulentlik xatti-harakatlarida yaxshiroq kelishuvni ko'rsatdi.

LES oqim teshigiga juda yaqin joylashgan devor hududida Reynolds kuchlanishining kattaligini kam baholadi.Bundan tashqari, RANS ham, LES ham ma'lum bir vertikal Reynolds stress taqsimotini to'liq ushlay olmadi.Mualliflar buni tasdiqlash tadqiqotining nashr etilgan chegara shartlarida etishmayotgan tafsilotlar bilan bog'lashdi.Bu shuni ko'rsatadiki, raqamli usul umumiy oqimni ifodalaydi, lekin barcha mahalliy turbulentlik komponentlarini mukammal tarzda tekshirmaydi.

Asosiy tenglamalar nimani ifodalaydi?

Kurant-Fridrix-Lyui mezoni

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

Mana U mahalliy oqim tezligi (m/s), dt vaqt bosqichi (lar), D hujayra hajmining kub ildizi bilan aniqlangan xarakterli tarmoq hajmini (m) ko'rsatadi.Taxminan bitta bo'lgan CFL soni bir vaqtning o'zida olib boriladigan oqim ma'lumotlari taxminan bitta hujayra hajmidan oshmasligini ta'minlash uchun mo'ljallangan.

LES va RANSda Reynolds stressi

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

LES to'g'ridan-to'g'ri Reynolds stressini o'zi hal qila oladigan tezlik tebranishlaridan hisoblab chiqadi. ui' va uj'ikki koordinata yo‘nalishida tezlikning oniy tebranishlarini bildiradi.

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

RANS modelida Reynolds stressi Boussinesq yondashuvi bilan modellashtirilgan. r zichlik (kg/m³), mt turbulent dinamik yopishqoqlik (Pa·s), K turbulentlik kinetik energiyasi (m²/s²), Ui o'rtacha tezlik va dij Bu Kroneker deltasi.Ushbu yondashuv LES va RANS nega reaktiv tarqalish va aralashtirish tezligini boshqacha bashorat qilishini tushuntiruvchi asosiy farqlardan biridir.

Momentum oqimi nisbati va Holdeman trayektoriyasi

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

Jyonilg'i oqimining o'zaro havo oqimiga qarshi impuls bosimini ifodalaydi. rj va uj yonilg'i oqimining zichligi va tezligi; r∞ va u∞ o'zaro tokning zichligi va tezligi.Jet tezligining oshishi kuchli ta'sirga ega, chunki tezlikning kvadrati tenglamaga kiradi;ammo, vodorodning past zichligi bu o'sishning bir qismini qoplaydi.

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

Holdeman tenglamasida Zc reaktivning vertikal kirib borishi, Xc teshikdan keyin gorizontal masofa va D teshik diametri.Tenglama impuls oqimi nisbati 0,52, zichlik koeffitsienti 0,15 va o'lchovsiz quyi oqim masofasi 0,27ga eksponensial og'irlik beradi.Tadqiqot natijalari shuni ko'rsatadiki, zichlik koeffitsientidan bunday foydalanish tufayli korrelyatsiya vodorodga boy jetlarda penetratsiyani kam baholaydi.

Maqolada ketma-ket bir nechta reaktivlarning yopiq o'zaro oqimi uchun boshqa Holdeman-Smit munosabati ham o'rganilgan:

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

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

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

S qo'shni reaktiv markazlar orasidagi masofa, Heq kanal balandligi va Cd zaryadsizlanish koeffitsienti.Ushbu tadqiqot bitta reaktivni o'z ichiga olganligi va korrelyatsiyaning haqiqiy shartlari bajarilmaganligi sababli, bu tenglamalar asosiy orbitani baholash uchun ishlatilmadi.

Turbulentlik energiya spektri

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

K umumiy turbulentlik kinetik energiyasi, k = 2\pi/l to'lqin raqami va E(k) to'lqin soni birligi uchun energiya zichligi.Katta girdoklar past to'lqinlar sonida, kichik burmalar yuqori to'lqinlar sonida joylashgan.

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

e turbulent energiya yo'qotish darajasi, C doimiy, fL energiya va fē kamayish zonasining shaklini ifodalaydi.Inertsiya pastki diapazonida bu ikki tuzatish taxminan birga yaqinlashadi va spektrning qiyaligi Kolmogorovning -5/3 qonuniga yaqinlashadi.Ushbu qiyalik tadqiqotning quvvat spektral zichligi grafiklarida ko'rindi, shuning uchun LES tomonidan energiya o'z ichiga olgan, inertial va yo'qotish shkalalari olinganligi baholandi.

Strouhal soni va quvvat spektral zichligi

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

St o'lchovsiz chastota, f chastota (Hz), d reaktiv diametri (m) va Uj reaktiv tezligi (m/s).Pastki Strouhal raqamlari kattaroq va sekinroq o'lchamdagi burmalarga mos keladi va yuqori qiymatlar kichikroq va tezroq tuzilmalarga mos keladi.

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

Quvvat spektral zichligi turbulent kinetik energiya signalidagi quvvat chastotalar bo'yicha qanday taqsimlanganligini ko'rsatadi.Tadqiqotda foydalanilgan birlik (m/s)4/Hz.Chastota domeniga o'tkazish tezkor Furye transformatsiyasi orqali amalga oshirildi va Hanning oynasi namuna olish ketma-ketligining oxirida sun'iy uzilishlarni kamaytirish uchun qo'llanildi.

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

Fk xom vaqt seriyasi misoli, Fn Furye koeffitsienti, N namunalarning umumiy soni va i virtual hajm.Ushbu transformatsiya lahzali turbulentlik signalini chastota komponentlariga ajratadi.

Q mezoni bilan girdoblarni aniqlash

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

S kuchlanish tezligi tensori, Ō aylanish yoki aylanma tensorni ifodalaydi.Ijobiy va etarlicha yuqori Q qiymatlari aylanish effekti kuchlanish ta'siridan kuchliroq bo'lgan hududlarni aniqlash orqali uch o'lchamli vortekslarni izo-sirt sifatida ko'rish imkonini beradi.

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

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

Q = 10 birlamchi vodorod solishtirishda8, tekshirishda Q = 9 × 105 ishlatiladigan izo-sirt.Bu chegaralar jismoniy haqiqiylik chegarasi sifatida emas, balki tafsilotlarni yo'qotmasdan katta burmalarni ko'rinadigan qilish uchun empirik tarzda tanlangan.

Yoqilg‘i–havo aralashmaganligi

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

Cn chiqish tekisligidagi mahalliy yoqilg'ining massa ulushi, Wn tegishli tarmoq xujayrasi orqali o'tadigan massa oqim tezligi va Sf mutlaq konsentratsiyaning aralashmaganligi.Tenglama yonilg'i kontsentratsiyasining massa oqimi bilan og'irlikdagi taqsimotining standart og'ishiga o'xshash o'lchovni ishlab chiqaradi.

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

mf umumiy yoqilg'i, ma umumiy havo oqimi tezligi. SFARyonilg'i va havo to'liq ajratilgan eng yuqori aralashmagan darajani ifodalovchi normalizatsiya qiymati.

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

Normallashtirilgan aralashmaganlik SNto'liq aralashtirishda 0 va to'liq ajratishda 1 qiymatini oladi.Pastroq qiymat yoqilg'ining bir hil taqsimlanishini anglatadi.

Past issiqlik qiymatini aralashmaganlik ko‘rsatkichiga kiritish

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

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

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

Laralashtirmoqyonilg'i aralashmasining past kaloriyali qiymati.Mutlaq energiya taqsimotidagi o'zgaruvchanlik yoqilg'ining past kalorifik qiymati bilan o'zgaradi.Biroq, bir xil koeffitsient hisoblagich va maxrajga kirganligi sababli, normallashtirilgan aralashmaganlik matematik jihatdan o'zgarmaydi.Shuning uchun, past kaloriya qiymatini tuzatish normallashgan holda mutlaq energiya taqsimotini talqin qilish uchun muhimdir SN uning qiymatini o'zgartirmaydi.

LES to‘rining aniqligi

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

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

krasm to'g'ridan-to'g'ri hal qilinadi, ksgs quyi tarmoq modeliga chiqarilgan turbulentlik kinetik energiyasi.Tadqiqotda tarmoq etarliligining o'lchovi sifatida jami turbulentlik energiyasining kamida %80 to'g'ridan-to'g'ri o'lchamlari ishlatilgan.

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

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

URMSE, VRMSE va WRMSE tezlikning uchta komponentining kvadrat o'rtacha tebranishlari; msgs pastki tarmoq turbulent yopishqoqligi va CV 0,094 sifatida ishlatiladigan doimiy.Ko'rib chiqilgan hududning ko'p qismida hal qilingan energiya nisbati 0,8 va 1 o'rtasida saqlanib qoldi;faqat jet kirish devorining juda kichik qismida 0,8 dan pastga tushdi.

Taklif etilgan o‘zgartirilgan trayektoriya bog‘lanishlari

Birinchi o'zgartirilgan munosabat Holdeman formulasidan zichlik nisbatini butunlay olib tashlaydi:

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

Bu tenglama reaktiv traektoriyani faqat impuls oqimi tezligi va oqimning quyi masofasi bilan aniqlaydi.LES natijalari impulsning ustunligini qo'llab-quvvatlasa-da, past J %60 vodorod va sof metan o'rtasidagi kichik farq zichlikni butunlay e'tiborsiz qoldirib bo'lmasligini ko'rsatdi.

Ikkinchi o'zgartirilgan korrelyatsiya kuchsizroq empirik multiplikator bilan zichlik effektini qaytadan kiritadi:

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

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

J70%H2, gipotetik hajm %70 vodorod holatining impuls oqimi nisbati; r0%H2 sof metan holati, r100%H2 sof vodorod holati va r tekshirilayotgan aralashmaning zichligi.Doimiy 0,2 va mos yozuvlar sharti %70 LES ma'lumotlariga mos kelish uchun empirik tarzda tanlangan.Bular fizikaning universal konstantalari emas.

Vaqtga bog‘liq yangi aralashmaganlik ta’rifi

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

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

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

An'anaviy yondashuv faqat vaqt bo'yicha o'rtacha chiqish tekisligida fazoviy taqsimotdan foydalansa-da, yangi ta'rif hujayralar orasidagi fazoviy farqlarni ham, vaqt o'tishi bilan kontsentratsiyaning o'zgarishini ham qamrab oladi.Ushbu usul qisqa muddatli boy yoqilg'i hududlarini vaqt o'tishi bilan yo'q bo'lib ketishining oldini olishga qaratilgan.

Ushbu geometriyada an'anaviy LES aralashmaganligi va vaqtga bog'liq bo'lgan LES aralashmasligi bir-biriga juda yaqin.Natija shuni ko'rsatadiki, o'rganilayotgan sharoitlarda fazoviy tartibsizlik asosan aralashmaning sifatini belgilaydi va vaqtinchalik tebranishlar ikkinchi darajali bo'lib qoladi.Tadqiqot shuni ko'rsatadiki, bu natijani boshqa injektor sozlamalari uchun umumlashtirish mumkin emas.

Jet traektoriyasi va yoqilg'ining massa ulushi nimani ko'rsatadi?

Reaktiv markaz tekisligidagi yonilg'i massasi ulushi tasvirlarida yonilg'i jeti o'zaro oqim orqali quyi oqimga egiladi.Tadqiqotchilar aralash indikator sifatida yoqilg'ining massa ulushi 0,2 bo'lgan rangli hududning quyi oqimini kuzatdilar.

Vodorod holatiRANSda 0,2 massa ulushining joylashuviLESda 0,2 massa ulushining joylashuvi
%0 H222 mm31 mm
%40 H216 mm20 mm
%60 H211 mm20 mm
%80 H27 mm16 mm
%100 H25 mm11 mm
Past-J %60 H214 mm25 mm

RANS barcha sharoitlarda qisqaroq uchi uzunligini berishi, LESga qaraganda yoqilg'ini tezroq tarqatish va aralashtirishni ko'rsatadi.Biroq, 0,2 massa ulushining vodorod bilan qisqarishi shunchaki tezroq aralashtirishning dalili emas.Doimiy energiya kiritishda, vodorod nisbati ortib borishi bilan, umumiy yoqilg'i massasi oqimi tezligi va umumiy yoqilg'ining massa ulushi kamayadi.Shu sababli, xuddi shu 0,2 chegarasining oldingi yo'qolishi ham aralashtirish tezligini, ham dastlabki konsentratsiyaning o'zgarishini o'z ichiga oladi.

Yuqori J va past J %60 vodorod sharoitlarini solishtirish impuls oqimining muhimligini ko'rsatdi.Past-J holatida uchi uzunligi RANSda 14 mm va LESda 25 mm;Standart %60 vodorod holatida 11 mm va 20 mm qiymatlaridan uzoqroq qoldi.Pastroq reaktiv tezligi va zaif turbulentlik yoqilg'ining sekinroq tarqalishiga olib keldi.

Nima uchun %80 vodorodida penetratsiya eng yuqori?

Jet penetratsiyasi X = 40 mm pozitsiyasida eng yuqori yoqilg'i konsentratsiyasiga ega vertikal holat bilan aniqlandi.LES natijalariga ko'ra, penetratsiya hajmi bo'yicha %80 vodorod atrofida eng yuqori darajaga yetdi.RANSning cho'qqisi %70 atrofida, Holdeman munosabatlarining cho'qqisi esa %60 vodorod atrofida.

Bu chiziqli bo'lmagan xatti-harakatlar ikkita qarama-qarshi jismoniy ta'sirning natijasidir:

  1. Vodorod nisbatini oshirish bir xil energiya kiritish uchun yonilg'i oqimi tezligini oshiradi.Bu tezlik kvadrati impuls oqimiga kirganda penetratsiyani oshiradi.
  2. Juda yuqori vodorod miqdori yoqilg'i zichligini sezilarli darajada kamaytiradi. Sof vodorodga yaqinlashganda, zichlikning pasayishi tezlikni oshirishning impulsga ta'sirini qisman bostiradi.

Shuning uchun, sof vodorod oqimi %80 vodorod aralashmasidan tezroq bo'lsa-da, u pastroq J qiymatiga va past penetratsiyaga ega. LES, shuningdek, sof vodorodning sof metanga qaraganda yuqori kirib borishini taxmin qiladi, Holdemanning asl tenglamasi esa buning aksini bashorat qilgan.

Past-J %60 vodorod holatining kirib borishi sof metan holatiga yaqinlashdi. Ikkala holatda ham J = 9,09 bo'lsa-da, natijalar mutlaqo bir xil emas. Bu farq impuls oqimi tezligi dominant o'zgaruvchi ekanligini ko'rsatadi, ammo zichlik, tezlik va diffuziya kabi boshqa xususiyatlar ham zaifroq rol o'ynaydi.

Yangi munosabatlar Holdeman modelini qay darajada yaxshiladi?

X = 40 Quyida LES markaz chizig'ining kirishiga qarab hisoblangan imzolangan xatolik stavkalari mm. Ijobiy qiymat haddan tashqari baholashni, salbiy qiymat esa kam baholanishni ko'rsatadi:

Vodorod holatiRANS xatosiHoldeman xatosi1 o'zgartirilgan munosabat2 o'zgartirilgan munosabat
%0 H2%4,8%10,1%11,4%3,0
%40 H2%3,2%14,4%23,5%11,4
%60 H2%0,0-%6,9%5,3%0,9
%80 H2-%13,2-%20,8-%4,0-%0,1
%100 H2-%12,1-%19,7%10,9%2,1
Past-J %60 H2-%1,1-%2,1%5,2%0,8

Ikkinchi o'zgartirilgan korrelyatsiya oltita shartdan beshtasida %3 yoki undan kam mutlaq xatolik berdi. Uning eng katta tarafkashligi vodorod holatida %40 va %11,4 ni ortiqcha baholashdir. Vodorod hajmi bo'yicha %80da xatolik -%0,1, sof vodorodda %2,1 va past J %60 vodorodida %0,8 sifatida xabar qilinadi.

Birinchi o'zgartirilgan munosabat Holdemanga qaraganda ba'zi yuqori vodorod sharoitida yaxshiroq ishladi, chunki u zichlikni butunlay e'tiborsiz qoldirdi, lekin %40 vodoroddagi %23,5ni va sof vodoroddagi %10,9ni ortiqcha baholadi. Ushbu taqqoslash shuni ko'rsatadiki, zichlik effekti Holdeman tenglamasidagi kabi kuchli bo'lmasligi kerak, lekin uni butunlay olib tashlash uchun etarli emas.

Yangi korrelyatsiyalar faqat ushbu LES natijalariga moslangan. Ikkinchi tenglamadagi doimiy 0,2 va vodorod mos yozuvlar %70 eksperimental o'lchov yoki umumiy nazariyadan olinmaydi. Shuning uchun, korrelyatsiyalar turli kanal balandliklari, bosimlari, harorati, reaktiv diametrlari, bir nechta injektorlar yoki boshqa yonilg'i aralashmalari uchun amal qiladi deb aytish mumkin emas.

Aralashtirish kanalining chiqishida yoqilg'ining taqsimlanishi

Kanaldan chiqishdagi mahalliy ekvivalentlik koeffitsientlari birinchi navbatda global ekvivalentlik nisbatiga bo'linadi va keyin vodorod nisbati bilan o'zgarib turadigan global ekvivalentlik nisbati taqqoslashni buzishining oldini olish uchun 0 va 1 o'rtasida normallashtiriladi.

LES natijalarida yoqilg'iga boy hudud barcha standart vodorod sharoitida yuqori devorga yaqinlashdi.Hajmi bo'yicha %80 vodorod jeti eng yuqori penetratsiyani yaratdi, yuqori devor bilan eng kuchli shovqinni ko'rsatdi va qarama-qarshi vorteks juftligi ta'sirida ikkita alohida boy mintaqaga bo'lingan.Past-J %60 vodorod holatining chiqish taqsimoti bir xil J qiymatiga ega bo'lgan sof metan holatiga o'xshash edi.

RANS umumiy tendentsiyani qo'lga kiritdi, lekin qarama-qarshi vorteks juftligining reaktiv shakliga ta'sirini ortiqcha baholadi.RANS tasvirlarida yoqilg'i taqsimoti barcha oltita sharoitda ikki qismga bo'lingandek ko'rinardi, LESda esa aniq ikki qismli struktura asosan %80 vodorod holatida shakllangan.

Chiqishdagi eng yuqori yoqilg'i kontsentratsiyasi barcha sharoitlarda yuqori devorga yaqin bo'lganligi sababli, faqat eng yuqori konsentratsiyaning joylashuvi penetratsiya ko'rsatkichi sifatida foydalanish mumkin emas.Buning o'rniga mahalliy ekvivalentlik koeffitsienti cho'qqi qiymatining %80 dan yuqori bo'lgan mintaqa "boy hudud" deb hisoblangan va bu hududning geometrik markazi penetratsiya joyi sifatida belgilangan.Ushbu o'lchov, shuningdek, %80 vodorod holati deyarli butun kanal balandligiga yetib, eng yuqori penetratsiyaga ega ekanligini ko'rsatdi.

Vodorod aralashmaning sifatini qanday o'zgartirdi?

LES va RANS natijalarida vodorod nisbati oshishi bilan normallashgan aralashmaslik odatda kamaydi.Boshqacha qilib aytganda, yoqilg'i va havo o'rtasidagi fazoviy ajratish kamaydi va chiqish taqsimoti bir hil bo'ldi.

Tadqiqot ushbu yaxshilanishni ikkita mexanizmga bog'laydi:

  • Turbulentlik mexanizmi: Vodorod nisbatini oshirish doimiy energiya kiritishda jet tezligini oshirdi;Bu siljish qatlamidagi turli masshtablarda turbulentlik kinetik energiyasini va vorteks harakatini kuchaytirdi.
  • Molekulyar diffuziya mexanizmi: Metanga nisbatan vodorodning yuqori tarqalishi yoqilg'ining havoda tezroq tarqalishiga yordam berdi.

Past J %60 vodorod holati yuqori J %60 vodorod holatiga qaraganda yuqori aralashmaslikni ko'rsatdi.Bu natija pastroq reaktiv tezligi va aralashishni sekinlashtiradigan past turbulent kinetik energiya bilan mos keladi.

Bundan farqli o'laroq, past J %60 vodorod holati bir xil impuls oqimi nisbati bo'lgan sof metanga qaraganda kamroq aralashmaslikni berdi.Tadqiqot bu farqni past J-vodorod aralashmasining sof metanga qaraganda yuqori oqim tezligi va yuqori diffuziyaga ega ekanligi bilan izohlaydi.Natija shuni ko'rsatadiki, bir xil J qiymati o'xshash traektoriyalarni yaratishi mumkin bo'lsa-da, u faqat aralashmaning sifatini aniqlamaydi.

RANS vodorod miqdori bilan o'zgaruvchan umumiy tendentsiyani qayd etdi, ammo barcha sharoitlarda LESga qaraganda kamroq aralashmaslikni hisobladi.Bu RANS yonilg'i taqsimotini tezroq tarqatish va aralashmani undan ko'ra bir hil ko'rinishga olib kelishi bilan mos keladi.

Vaqtga bog‘liq aralashmaganlik nimani qo‘shdi?

Vaqt bo'yicha o'rtacha konsentratsiya maydoni qisqa muddatli, ammo yuqori yoqilg'i konsentratsiyasining cho'ntaklarini yumshata oladi.Shuning uchun tadqiqotchilar vaqtinchalik tebranishlarni, shuningdek, fazoviy taqsimotni o'z ichiga olgan aralashmaslikning yangi ta'rifini ishlab chiqdilar.

Biroq, ushbu ish sharoitida o'rtacha vaqtga asoslangan LES yondashuvi va yangi vaqtga bog'liq yondashuv natijalari bir-biriga juda yaqin.Bu o'xshashlik shuni ko'rsatadiki, tekshirilayotgan bitta reaktivli yopiq kanalda umumiy aralashmaganlik, asosan, chiqish tekisligidagi fazoviy taqsimot bilan belgilanadi.Vaqtinchalik tebranishlarning ahamiyatsizligi haqidagi xulosa faqat ushbu geometriya va ish sharoitlari uchun amal qiladi.

Vorteks va quvvat spektri tasvirlari nimani bildiradi?

Q mezonining izoyuzalari shuni ko'rsatdiki, vodorod nisbati ortishi bilan reaktiv siljish qatlami girdoblari orasidagi masofa va katta qarama-qarshi girdob juftligi shakli o'zgaradi.Sof metanda reaktiv penetratsiya zaifroq bo'lganligi sababli, ketma-ket siljish qatlamlari orasidagi masofa kichikroq bo'ladi.Hajmi bo'yicha %60 vodorod bilan standart holatda, kuchliroq penetratsiya girdoblar orasidagi kengroq masofani yaratdi.

%60 va %80 uzoqroq uyg'onish vortekslari kuchli reaktiv penetrasyon bilan vodorod sharoitida kuzatilgan.%0, %40 va %100 da uyg'onish vortekslari qisqaroq bo'lib qoldi, chunki vodorod sharoitida penetratsiya past edi.Past J %60 vodorod holati sof metanga o'xshash vorteks shaklini ko'rsatdi.

Bir lahzalik va vaqt bo'yicha o'rtacha turbulentlik kinetik energiya xaritalarida eng yuqori energiya reaktiv siljish qatlami atrofida sodir bo'lishi ko'rinadi.A, B va C kuzatuv nuqtalari siljish qatlami va uyg'onish girdobi atrofida joylashgan.

Vodorod fraktsiyasi %0 dan %100 gacha oshgani sayin quvvat spektral zichligi odatda ortdi.Bu natija shuni ko'rsatadiki, ortib borayotgan reaktiv tezligi faqat bitta xarakterli chastotada emas, balki turbulentlik shkalalarining keng diapazonida ko'proq energiya ishlab chiqaradi.Grafiklarda inertial pastki diapazonga mos keladigan -5/3 ning taxminiy qiyaligi va kichikroq girdoblar energiyasini yo‘qotadigan subduktsiya zonasida keskinroq pasayish kuzatiladi.

Sof vodorod holatida yuqori maksimal Strouhal soniga erishish nafaqat jismoniy vorteks harakati bilan bog'liq.Sof vodorod uchun ishlatiladigan vaqt bosqichi boshqa shartlarga qaraganda besh baravar kichik bo'lganligi sababli, Furye tez konvertatsiyasi hal qila oladigan eng yuqori chastota ham oshdi.

A, B va C nuqtalardagi nisbiy energiya darajalari reaktivning joylashishiga qarab o'zgargan.Kuchli penetratsion %60, %80 va %100 vodorod sharoitida mahalliy turbulentlik energiyasi A va B nuqtalaridan past edi, chunki C nuqtasi reaktiv siljish qatlami ostida qolgan.Sof metan va past J %60 vodorod sharoitida quyi jet trayektoriyasi siljish qatlamini C nuqtaga yaqinlashtirdi va B ga nisbatan C dagi energiyani oshirdi.

Ishning kuchli tomonlari nimada?

  • Metandan sof vodorodgacha bo'lgan keng turdagi yoqilg'i kompozitsiyalari bir xil kimyoviy energiya kiritishda taqqoslandi.
  • Yuqori aniqlikdagi LES, arzon narxlardagi RANS va klassik analitik aloqalar xuddi shu tadqiqotda baholandi.
  • Past-J %60 vodorod nazorati yonilg'i tarkibi va momentum oqimining ta'sirini qisman ajratdi.
  • LES tarmog'ining hal qilingan turbulentlik energiyasi nisbati tekshirildi va aksariyat hududlarda %80 dan yuqori ekanligi ko'rsatildi.
  • Raqamli usul mustaqil eksperimental JICF ma'lumotlari bilan solishtirildi.
  • Aralashmaganlikning yangi o'lchovi taklif qilinmoqda, u faqat vaqt bo'yicha o'rtacha hisoblangan maydonlarga tayanmaydi, balki vaqtinchalik tebranishlarni ham o'z ichiga oladi.
  • Traektoriya, chiqish taqsimoti, vorteks topologiyasi, turbulentlik kinetik energiyasi va spektral energiya birgalikda baholandi.

Tadqiqotning qanday cheklovlari bor?

  • Bu asar bosmaxona bo‘lib, ekspertlar tomonidan ko‘rib chiqilmagan.
  • Asosiy natijalar eksperimental o'lchov emas, balki raqamli simulyatsiya natijalaridir.
  • Yonishsiz oqim;olov, olov barqarorligi, haqiqiy harorat taqsimoti va NOx shakllanish to'g'ridan-to'g'ri hisoblanmagan.
  • Yangi trayektoriya bog‘lanishlari empirik ravishda LES ma'lumotlariga mos keladi va mustaqil tajribalar bilan tasdiqlanmagan.
  • Ikkinchi munosabatdagi doimiy 0,2 va vodorod havolasi %70 faqat tekshirilgan ma'lumotlar to'plami asosida tanlangan.
  • Impuls oqimi koeffitsientlari 9,09-14,09 oralig'ida va 15-60 sifatida berilgan dastlabki Holdeman munosabatining tekshirish oralig'idan past.
  • Geometriya bitta dumaloq jetni o'z ichiga oladi.Bir nechta jetlarning bir-biri bilan o'zaro ta'siri to'g'ridan-to'g'ri modellashtirilmagan.
  • Kanal amaliy yondirgichdan ilhomlantirilgan bo'lsa-da, u tijorat gaz turbinasi yonish kamerasining aniq nusxasi emas.
  • RANS asosiy modeli taxminan 20 ming tugunli qo'polroq to'rdan foydalangan va ba'zi girdob ta'sirini oshirib yuborgan.
  • Tekshirish geometriyasi asosiy yopiq kanal geometriyasidan farq qiladi va eʼlon qilingan chegara shartlarida baʼzi tafsilotlar yoʻq.
  • Vaqtga bog'liq bo'lgan aralashtirishning kichik ta'sirini turli injektor geometriyalari yoki ish sharoitlariga umumlashtirish mumkin emas.

Tadqiqot tomonidan qo'llab-quvvatlangan natijalar

  • Vodorod nisbati doimiy energiya kiritishda reaktiv tezligi va impuls oqimi tezligini o'zgartiradi.
  • O'rganilayotgan geometriyada yoqilg'ining kirib borishi vodorod nisbati bilan monoton ravishda o'zgarmaydi va LESda eng yuqori qiymat taxminan %80 vodorod holatida sodir bo'ladi.
  • Impuls oqimi tezligi reaktiv traektoriyaning dominant determinantidir;Zichlik ta'siri zaifroq bo'lsa-da, uni butunlay e'tiborsiz qoldirib bo'lmaydi.
  • Asl Holdeman munosabati yuqori vodorod nisbatlarida LESning kirib borishini kam baholaydi.
  • Ikkinchi o'zgartirilgan munosabat ko'rib chiqilgan sharoitlarda LESga eng yaqin umumiy moslikni ta'minladi.
  • Vodorod nisbati oshgani sayin, yoqilg'i-havo aralashmasligi odatda kamaydi.
  • Jet tezligining oshishi turbulentlik shkalalarining keng diapazonida spektral energiya miqdorini oshirdi.
  • O'rganilayotgan namunada konsentratsiyaning fazoviy farqlari vaqtinchalik konsentratsiyaning tebranishlaridan ko'ra hal qiluvchiroq edi.

Tadqiqot isbotlamaydigan xulosalar

  • Haqiqiy gaz turbinalarida vodorod qo'shilishidan mutlaqo foydalanish YO'Q.x emissiyalarni kamaytirish isbotlanmagan.
  • Pastki aralashmaslik o'z-o'zidan xavfsizroq yoki barqarorroq olovni anglatmaydi.
  • Tadqiqotda chaqqonlik, o'z-o'zidan yonish, yonish dinamikasi yoki olovni o'chirish uchun cheklovlar hisoblanmadi.
  • %80 vodorod nisbati barcha gaz turbinali burnerlar uchun optimal aralashma deb bo'lmaydi.
  • Taklif etilayotgan munosabatlar turli bosimlarda, haroratlarda, yonilg'i portlarida, kanallarda yoki ko'p reaktiv tuzilmalarda haqiqiy ekanligi ko'rsatilmagan.
  • LES natijasi dvigatelning haqiqiy ishlashi, maydon muvaffaqiyati yoki sanoat dizaynini tekshirish emas.
  • Sof vodorod odatda metanga qaraganda yaxshiroq yoki yomonroq yoqilg'i ekanligi haqidagi xulosani bu yonmaydigan aralashmani o'rganishdan kelib chiqib bo'lmaydi.

Gaz turbinasi dizayni nuqtayi nazaridan ehtimoliy ahamiyati

Amaliy nuqtai nazardan tadqiqotning eng muhim xabari shundaki, vodorod yoqilg'ilarida injektor dizayni nafaqat yoqilg'i tarkibiga ko'ra, balki impuls oqimi tezligi, zichlik, tezlik, kanal balandligi va devorning o'zaro ta'sirini hisobga olgan holda amalga oshirilishi kerak.Vodorod nisbati bir xil issiqlik quvvati uchun o'zgartirilganda, yonilg'i klapanini yoki teshik maydonini o'zgartirmasdan oqim tezligini oddiygina sozlash kanaldagi yoqilg'ining joylashishini sezilarli darajada o'zgartirishi mumkin.

Yoqilg'i harorati, kirish tezligi yoki injektor geometriyasi orqali impuls oqimi tezligini sozlash reaktivni maqsadli hududga joylashtirish imkonini beradigan dizayn o'zgaruvchisidir.Biroq, %80 vodorod holatida kuzatilgan kuchli yuqori devor aloqasi, shuningdek, yuqori penetratsiya har doim ham yaxshiroq aralashtirish yoki qulayroq yonish degani emasligini ko'rsatadi.Haqiqiy yonish tizimlarida yonilg'i devorining to'qnashuvi, mahalliy boy zonalar yoki ikki qismli taqsimot ham tekshirilishi kerak.

Ushbu tadqiqot vodorodga o'tish uchun o'tmishda tabiiy gaz uchun ishlab chiqilgan korrelyatsiyalardan bevosita foydalanish xavfini ko'rsatadi.Uning hozirgi hissasi vodorod-metan aralashmalaridagi dominant fizik o'zgaruvchilarni raqamli ajratishdir.Kelajakdagi eksperimental o'lchovlar, turli xil impuls nisbatlari, bosimlar, haroratlar, injektor diametrlari va bir nechta reaktiv tartibga ega bo'lgan tadqiqotlar yangi munosabatlarning haqiqatan ham umumlashtirilishi mumkinligini aniqlashi mumkin.

Tadqiqot usuli va natijalari

Texnik usul xulosasi

Texnik elementTadqiqotda qo'llaniladigan usul
Operatsion turiYonmaydigan, uch o'lchovli hisoblash suyuqlik dinamikasi va modellashtirishni o'rganish
Geometriyayopiq ko‘ndalang havo oqimiga tik ravishda purkaladigan bitta dumaloq yoqilg‘i jeti
Jet teshigidiametri 4 mm, uzunligi 4 mm
Kanal168,12 × 75 × 26,75 mm
Yoqilg'i%0, %40, %60, %80 va %100 H hajmi bo'yicha2;qo'shimcha past-J %60 H2 nazorat qilish
Energiya kiritishBarcha standart kompozitsiyalarda doimiy kimyoviy energiya kiritish
Ob-havo holati692 K, 95 m/s
Yoqilg'i haroratistandart sharoitlarda 413 K;past J %60 H2 292 K holatda
LES tarmog'iTaxminan 12 million sozlangan hujayralar
LES quyi tarmoq modeliWALE
RANS modeliStandart k-ō;Dastlabki taqqoslash amalga oshiriladigan k-e bilan amalga oshirildi
Termofizik xossalariAramcoMech 1.3
Yonish modeliFGM tartibi qo'shildi, kimyoviy reaktsiya o'chirildi
Vaqt bosqichi%0-%80 H2 1 × 10 uchun-6 s; %100 H2 2 × 10 uchun-7 s
Namuna olishning umumiy vaqti5 konvergentsiyasi + 5 vaqt o'rtacha + 3 spektral rekord, 13 oqim o'tish vaqti
Spektral tahlilHanning oynasi tez Furye o'zgarishi va quvvat spektral zichligi
aylanma identifikatsiyaQ mezonining izoyuzalari
Aralashtirish mezonlariNormallashtirilgan aralashmaslik va vaqtga bog'liq bo'lgan yangi aralashmaslik
Raqamli tekshirishJ = 16 eksperimental ma'lumotlarga ega mustaqil, bepul JICF sxemasi

Asosiy topilmalarning texnik xulosasi

Ko'rib chiqilayotgan mezonAsosiy natijaSharh cheklovi
Jetning kirib borishi%80 H haqida LESda eng yuqori penetratsiya2 Shartda yuzaga kelgan.Natija faqat o'rganilgan geometriya va doimiy energiya kiritish shartlari uchun.
Impuls oqimiJ qiymati %0 H2%80 H dan 9,09214,09 ga oshdi, sof H212,64 ga kamaydi.Jet tezligining o'zi penetratsiyani aniqlamaydi;Zichlik ham samarali.
Holdeman munosabati%80 va %100 H2 sharoitlarda LESning kirib borishi taxminan %20 tomonidan kam baholanadi.Tadqiqotdagi J diapazoni munosabatlar tasdiqlangan diapazondan past.
2 o'zgartirilgan munosabat%80 H2-%0,1, %100 H2%2,1 va past J %60 H2%0,8 xatolik berdi.LES ma'lumotlariga empirik moslashish;Eksperimental tekshirish mavjud emas.
RANS-LES farqiRANS past vodorod nisbatlarida traektoriyani yaxshi kuzatib bordi, lekin yuqori vodorod nisbatlarida penetratsiya tezligi past va aralashtirish tezligi yuqori ekanligini taxmin qildi.RANS LES kabi bir lahzalik katta burmalarni hal qilmaydi.
Chiqishni taqsimlash%80 H2 Jetda yuqori devor va ikki qismli boy hudud bilan kuchli aloqa kuzatildi.RANS har qanday sharoitda ham bu ajralishni ortiqcha baholadi.
Ishtirok etishVodorod nisbati ortishi bilan LES va RANS aralashmaslik odatda kamaydi.To'g'ridan-to'g'ri o'lchanadigan NOx kamaymayapti.
Vaqtinchalik tebranishlarYangi vaqtga asoslangan mezon va vaqt bo'yicha o'rtacha LES mezonlari bir-biriga yaqin.Bu natijani turli injektor sxemalariga umumlashtirish mumkin emas.
Turbulentlik energiyasiVodorod nisbati va reaktiv tezligi oshgani sayin, quvvat spektrining zichligi keng miqyosda oshdi.Sof H2kengroq chastota diapazonining bir qismi: kichikroq vaqt qadamiga bog'liq.
Vorteks tuzilmalariVodorod nisbati siljish qatlami vortekslari oralig'ini, CVP shaklini va uyg'onish vorteks uzunligini o'zgartirdi.Q izosurfasi chegaralari vizualizatsiya maqsadida empirik tarzda tanlangan.

Tadqiqotning barcha natijalari birgalikda baholanganda, vodorod yonilg'i samolyotlarining xatti-harakatlaridagi asosiy dizayn o'zgaruvchisi momentum oqimi nisbati;Shu bilan birga, zichlik, reaktiv tezligi, molekulyar diffuziya, kanal chegaralanishi va turbulentlik shkalalarini birgalikda ko'rib chiqish kerak degan xulosaga keldi.

Manba va usul bo'yicha eslatma

Asarning toʻliq asl nomi: Trajectory Correlations and Mixing Characterization for Methane and Hydrogen-Rich Jets in Confined Crossflow

PDF formatidagi mualliflik tartibi: Rang Zhao;Uyioghosa Igie;David Abbott;Vishal Sethi.

Muallif nomi bilan bog'liq manba farqi: SSRN roʻyxatga olish sahifasida toʻrtinchi muallif “Bobby Sethi”, koʻrib chiqilgan PDF hujjatida esa “Vishal Sethi” deb yozilgan.Krenfild universitetining rasmiy profilida tadqiqotchi Bobby Sethi sifatida tanishtiriladi va nashr roʻyxatlarida V. Sethi/Vishal Sethi formati qoʻllaniladi.Maqolada PDF-dagi muallif tartibi saqlanib qolgan va yozuvlar orasidagi nomlash farqi aniq ko'rsatilgan.

Birinchi muallif: PDF hujjatida qo'shma hissa yoki birinchi mualliflik ma'lumotlari ko'rsatilmagan.

Muallif: Uyioghosa Igie.

Korporativ havola: Faculty of Engineering and Applied Sciences, Cranfield University, Cranfield, Bedfordshire, MK43 0AL, England.

DOI: 10.2139/ssrn.6945189

Jurnal: Tadqiqot ko'rib chiqiladigan jurnalda chop etilmaganga o'xshaydi.

nashriyot platformasi: SSRN.

Nashriyot/platforma sarlavhasi: Elsevier BV.Ushbu ma'lumot ko'rib chiqiladigan jurnal nashrini tashkil etmaydi;Tadqiqot SSRN preprint sifatida ro'yxatga olingan.

Nashr qilingan yili va yozilgan sanasi: 2026;SSRN ro'yxatga olish sanasi 15 iyun 2026.

Resurs turi: Yonuvchan bo'lmagan hisoblash suyuqlik dinamikasi, LES/RANS modellashtirish va ma'lumotlar tahlilini o'z ichiga olgan nashrdan oldingi tadqiqot maqolasi.

Hakam maqomi: Bu asar oldindan bosilgan bo‘lib, ekspertlar tomonidan ko‘rib chiqilmagan.

Rasmiy manba:SSRN rasmiy ish daftarchasi

DOI havolasi:10.2139/ssrn.6945189

Ushbu turkcha tushuntirish yuklangan 37 sahifasi PDF matni, tenglamalar, jadvallar, grafiklar va rasmlarni o'rganish orqali tayyorlangan.Ilmiy topilmalarga PDF-dan boshqa hech qanday yangi natijalar, eksperimental ma'lumotlar yoki emissiya da'volari qo'shilmagan.Tashqi manbalardan faqat DOI, roʻyxatdan oʻtgan sana, platforma, nashr holati va muallifning atributi kabi bibliografik maʼlumotlarni tekshirish uchun foydalanilgan.

Tadqiqotning asosiy cheklovlari;U ko'rib chiqilmagan, asosiy topilmalar raqamli simulyatsiyaga asoslangan, yonish yoqilmagan, o'ziga xos bir reaktiv kanal geometriyasi qo'llaniladi va taklif qilingan trayektoriya bog‘lanishlari mustaqil eksperimental ma'lumotlar bilan tasdiqlanmagan.Ushbu tadqiqot haqiqiy dvigatellarda YO'Q ekanligini ko'rsatadi.x pasayish olov barqarorligi, xavfsizlik yoki sanoat samaradorligini tasdiqlamaydi.

Bosib chiqarishdan oldingi xabar: Bu ish oldindan ko'rib chiqilmagan nashr;Natijalar ushbu cheklovni hisobga olgan holda o'qilishi kerak.


Ulashish:

Izohlar ko‘rib chiqilgandan keyin e’lon qilinadi.Izohingiz tasdiqlash jarayoniga yuboriladi va ma’qullangach ko‘rinadi.

Izoh qoldiring

E-pochta manzilingiz chop etilmaydi. Majburiy maydonlar * bilan belgilangan

Bu saytda cookie-fayllarga ruxsat berish foydalanish tajribangizni yaxshilaydi. Cookie-fayllar siyosati