Παραμετρική υπολογιστική διερεύνηση των χαρακτηριστικών ροής και ανάμειξης κατάντη σταθεροποιητικού σώματος κατάλληλου για διαστρωματωμένη καύση μειγμάτων αμμωνίας-αέρα
Loading...
Date
2026-03-05
Authors
Γαρδικιώτης, Σπυρίδων
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην υπολογιστική διερεύνηση των χαρακτηριστικών ροής και ανάμειξης κατάντη σταθεροποιητικού σώματος κωνικού σχήματος κατάλληλου για διαστρωματωμένη καύση μειγμάτων αμμωνίας-αέρα. Η ροή σταθεροποιείται σε ζώνη ανακυκλοφορίας κατάντη του σώματος, με στόχο την ανάπτυξη ενός αποδοτικού και ταυτόχρονα περιβαλλοντικά φιλικότερου συστήματος καύσης. H μοντελοποίηση της συγκεκριμένης διάταξης αποτελεί παράλληλα προπαρασκευαστικό στάδιο για τον σχεδιασμό συστημάτων αμμωνίας-αέρα σε πειραματικό επίπεδο σε μελλοντικές προσπάθειες, μέσω της κατανόησης αρχικά του ισόθερμου πεδίου ροής και ανάμειξης.
Η εργασία ξεκινά με ανάλυση των βασικών εννοιών της καύσης και των καυσίμων, με ιδιαίτερη έμφαση στην αμμωνία, αναδεικνύοντας τόσο τα πλεονεκτήματα όσο και τις προκλήσεις της ως εναλλακτικού carbon-free καυσίμου. Ακολουθεί διερεύνηση των χαρακτηριστικών των φλογών, των παραμέτρων που επηρεάζουν την ταχύτητα διάδοσής τους και των κρίσιμων φαινομένων αποκόλλησης (blow-off) και επιστροφής φλόγας (flashback). Επιπλέον, εξετάζονται τα ροϊκά πεδία και ειδικότερα η τυρβώδης ροή, η οποία επηρεάζει καθοριστικά τη διαδικασία καύσης και τη λειτουργία της επιλεγμένης διάταξης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στη σημασία των σταθεροποιητικών σωμάτων για τη διατήρηση και τον έλεγχο της φλόγας. Για την εκπόνηση της εργασίας χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό ANSYS Fluent. Αρχικά κατασκευάστηκε η γεωμετρία της διάταξης και, μέσω της επιλογής κατάλληλου όγκου ελέγχου και συνοριακών συνθηκών, δημιουργήθηκαν διαφορετικά πλέγματα πεπερασμένων στοιχείων. Ακολούθησε μελέτη ανεξαρτησίας πλέγματος για την επιλογή του καταλληλότερου, προκειμένου να εξασφαλιστεί η αριθμητική ακρίβεια και η αξιοπιστία των αποτελεσμάτων. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις του ισόθερμου πεδίου ροής για τρεις διαφορετικές παροχές καυσίμου. Οι υπολογιστικές προσομοιώσεις εκτελέστηκαν σε καθεστώς μόνιμης ροής (steady-state), με χρήση του μοντέλου τύρβης Realizable k-ε, το οποίο επιλέχθηκε λόγω της βελτιωμένης πρόβλεψης των τυρβωδών τάσεων και της αυξημένης αξιοπιστίας του σε ροές με έντονη καμπυλότητα, διατμητικά στρώματα και ανακυκλοφορία, χαρακτηριστικά της παρούσας γεωμετρίας με bluff body. Η ανάλυση των αποτελεσμάτων επικεντρώθηκε στις κατανομές των αξονικών και ακτινικών ταχυτήτων, της τυρβώδους κινητικής ενέργειας και του λόγου ισοδυναμίας κατάντη του σταθεροποιητικού σώματος. Παρατηρήθηκαν διαφοροποιήσεις στη μορφή και την ένταση της ζώνης ανακυκλοφορίας σε κάθε περίπτωση και σχολιάζονται εκτενώς στο τελευταίο κεφάλαιο της εργασίας. Η συγκριτική αποτίμηση των τριών περιπτώσεων αναδεικνύει τον καθοριστικό ρόλο της παροχής καυσίμου στη διαμόρφωση του πεδίου ροής και παρέχει κρίσιμες ενδείξεις για τη βέλτιστη περιοχή λειτουργίας συστημάτων καύσης αμμωνίας-αέρα.
Description
Keywords
Καύση, Αμμωνία, Σταθεροποιητικά σώματα, Υπολογιστική προσομοίωση