شبیه سازی عددی احتراق متان در حالت غیر پیش آمیخته درون موتور پالس جت بدون سوپاپ (بدون دریچه) در این مقاله انجام شد. هندسه این موتور درون نرم افزار انسیس فلوئنت ایجاد شد و مش زده شد. با توجه به این نکته که زمانی می توان از احتراق نوع غیر پیش آمیخته استفاده کرد که سوخت و هوا قبل از ورود به محفظه احتراق با هم مخلوط نشوند، درنحوه ورود سوخت به موتور تغییراتی اعمال شد که در ادامه کار تغییرات قابل مشاهده است. مدل اغتشاشی استفاده شده در این تحلیل نرم افزاری مدل و سوخت استفاده شده درون موتور نیز متان در نظر گرفته شد. به منظور استفاده کردن از مدل غیرپیش آمیخته بایستی جدول ترمودینامیکی خواص سوخت درون فلوئنت تعریف گردد که با توجه به دمای کاری و نوع سوخت و خواص آن این جدول تعریف شد.

مقدمه

   ابزارهای تولید نیروی پیشران جت انواع مختلفی دارند که یکی از ساده ترین انواع آنها موتور پالس جت است. موتور پالس جت احتراقی در دو نوع دریچه دار و بدون دریچه می باشد. این موتورها بر خلاف موتورهای احتراق داخلی که از پیستون برای تراکم و بیرون راندن مواد حاصل از احتراق استفاده میکنند پیستونی ندارد. یکی از معایب اصلی موتور پالس جت دریچه دار این است که پس از چند دقیقه روشن ماندن موتور سوپاپ آن به سرعت مستهلک گردیده و باید تعویض شود. از مزایای موتور پالس جت به بازده بالای موتور، سادگی در طراحی و کم هزینه بودن ساخت آن می توان اشاره کرد و از معایب این موتورها به سروصدای زیاد و کارایی حرارتی پایین موتور می توان اشاره کرد. کاربرد اصلی این نوع موتور در هواپیماهای بدون سرنشین و قایق های تفریحی است. در موتورهای پالس جت امواج تراکمی حاصل از احتراق عمل تراکم را انجام می دهند. با وجود طراحی بسیار ساده عملکرد موتور پالس جت بسیار پیچیده است به گونه ای که به منظور تحلیل عملکرد این گونه موتورها تحلیل های گوناگون و شبیه سازی های پیچیده ای تا به امروز صورت گرفته است. به منظور تحلیل عملکرد موتور پالس جت باید شناخت کاملی از نحوه کار قطعات و چگونگی کارکرد موتور و درک ارتباط بین پدیده های صورت گرفته در یک سیکل کاری موتورپالس جت داشت. سیکل های مختلف یک موتورپالس جت عبارتند از: مکش، احتراق و تخلیه. اشتعال ناگهانی سوخت، باعث تولید گازهایی نظیر دی اکسید کربن، مونواکسید کربن و بخار آب می شود. این گازها نیاز به فضای بیشتری نسبت به مخلوط اولیه سوخت و هوا دارند و باعث افزایش ناگهانی فشار در درون موتور پالس جت می شوند. افزایش دمای ناشی از احتراق موجب انبساط گازهای تولید شده می شود که این خود موجب افزایش مجدد فشار درون موتور می شود. گازهای داغ تولید شده، از انتهای لوله موتور با سرعت بالایی خارج شده و ایجاد نیروی رانش می کند. مکش هوا از طریق محفظه ی ورودی موتور انجام شده و با وارد شدن آن به موتور و در نتیجه کاهش یافتن فشار هوا در این ناحیه مکش سوخت به درون محفظه احتراق انجام شده و با گذر سوخت از ورودی موتور سوخت تبخیر شده و از مقطع دریچه عبور می کند و وارد محفظه احتراق می شود. پس از ورود سوخت و هوا به محفظه احتراق مخلوط محترق می شود و فشار درون محفظه احتراق افزایش می یابد که این عمل در نوع دریچه دار باعث بسته شدن دریچه ورودی می شود سپس محصولات حاصل از احتراق انجام شده با سرعت بسیار بالا از خروجی موتور خارج می شود. اینرسی گازهای خارج شده از محفظه ی احتراق و خاصیت الاستیسیته  گازها باعث ایجاد یک خلا نسبی در محفظه احتراق می شود و دریچه در نوع دریچه دار آن باز شده و دوباره مخلوط سوخت و هوا وارد محفظه احتراق می شود و این فرآیند به صورت پیوسته ادامه می یابد.
  در این مقاله سعی شده است شبیه سازی فرآیند احتراق متان با تغییر در محل ورود هوا و به صورت غیر پیش آمیخته انجام شود. (شکل1 )

شکل (1): نحوه ورود سوخت و هوا درون موتور

احتراق شبیه سازی شده از نوع غیر پیش آمیخته می باشد به این معنا که: سوخت و هوا بطور جداگانه وارد محفظه احتراق شده و سپس عمل اختلاط انجام می گیرد. با عمل جرقه که توسط شمع انجام می گیرد احتراق آغاز می شود.
  معادلات حاکم بر این شبیه سازی معادلات بقای جرم (1) بقای مومنتوم ( 2)، انرژی ( 3) و معادله انتقال اجزا ( 4) می باشد. مدل حل جریان اغتشاشی در این مسئله از نوع مدل تحقق یافته به منظور کاهش زمان حل و اطمینان از صحت نتایج می باشد.

شرط مرزی ورودی جریان به درون موتور به منظور فراهم کردن شار جرمی معین در ورودی از شرط مرزی جریان جرمی استفاده شد و در قسمت خروجی از شرط مرزی فشار خروجی و همچنین هندسه موتور به منظور گرفتن نمودارهای بهتر به دو قسمت تقسیم شد. (شکل2)

شکل ( 2): ناحیه بندی موتور و شرایط مرزی گرفته شده