Efectos de los Mecanismos de Reacción y la Difusión Diferencial en la Combustión con Oxígeno y Combustible Incluyendo la Dilución con Agua Líquida
Autores: Sacomano Filho, Fernando Luiz; de Albuquerque Paixão e Freire de Carvalho, Luis Eduardo; van Oijen, Jeroen Adrianus; Krieger Filho, Guenther Carlos
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Efectos de los Mecanismos de Reacción y la Difusión Diferencial en la Combustión con Oxígeno y Combustible Incluyendo la Dilución con Agua Líquida
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Influencia
Química
Modelado de transporte de difusión diferencial
Combustión de metano con oxígeno
Simulaciones numéricas
Mecanismos de reacción
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Se analiza la influencia de la química y el modelado del transporte de difusión diferencial en la combustión de metano con oxígeno, considerando diferentes características de diluyentes. Los análisis se realizan en términos de simulaciones numéricas utilizando una descripción detallada de la química. En este trabajo, se emplean diferentes mecanismos de reacción para representar la combustión de metano. Se realizaron simulaciones con el código de dinámica de fluidos computacional (CFD) CHEM1D siguiendo diferentes configuraciones numéricas, como llama de propagación libre, llama de contraflujo y llama de propagación en reactores de niebla de gotas. El método empleado se valida contra datos experimentales y resultados de simulación disponibles en la literatura. Mientras que el reactor de llama de contraflujo se utiliza exclusivamente en la etapa de validación, se han establecido diferentes escenarios para las simulaciones de llama de propagación, como en configuraciones de flujo de una o dos fases. Estos comprenden variaciones en las composiciones de diluyentes, mecanismos de reacción y diferentes modelos para tener en cuenta el transporte de difusión. Las investigaciones realizadas muestran que la elección de un mecanismo de reacción específico puede interferir con los valores de velocidad de llama calculados, que pueden coincidir o desviarse de las observaciones experimentales. Los resultados obtenidos de estas investigaciones indican que el mecanismo denominado GRI 3.0 es la mejor opción para fines de aplicación general, ya que se encuentra un buen equilibrio entre precisión y esfuerzo computacional. Sin embargo, en casos donde se requiere información más detallada y precisión, el mecanismo CRECK C1-C3 demostró ser la mejor opción de los mecanismos evaluados. Además, los resultados indican claramente que las simplificaciones comúnmente aplicadas al modelado general de llamas, como el número de Lewis unitario y el enfoque promedio de mezcla, interfieren fuertemente con el cálculo de los valores de velocidad de propagación de la llama para flujos de una y dos fases. Mientras que la aplicación del enfoque del número de Lewis unitario está limitada a ciertas condiciones, el enfoque promedio de mezcla demostró un buen acuerdo con el modelo complejo para los cálculos de velocidad de llama en los diversos escenarios probados. Tal resultado no se limita a aplicaciones de oxi-combustión, sino que es directamente extensible a la combustión de oxi-vapor y aire soplado.
Descripción
Se analiza la influencia de la química y el modelado del transporte de difusión diferencial en la combustión de metano con oxígeno, considerando diferentes características de diluyentes. Los análisis se realizan en términos de simulaciones numéricas utilizando una descripción detallada de la química. En este trabajo, se emplean diferentes mecanismos de reacción para representar la combustión de metano. Se realizaron simulaciones con el código de dinámica de fluidos computacional (CFD) CHEM1D siguiendo diferentes configuraciones numéricas, como llama de propagación libre, llama de contraflujo y llama de propagación en reactores de niebla de gotas. El método empleado se valida contra datos experimentales y resultados de simulación disponibles en la literatura. Mientras que el reactor de llama de contraflujo se utiliza exclusivamente en la etapa de validación, se han establecido diferentes escenarios para las simulaciones de llama de propagación, como en configuraciones de flujo de una o dos fases. Estos comprenden variaciones en las composiciones de diluyentes, mecanismos de reacción y diferentes modelos para tener en cuenta el transporte de difusión. Las investigaciones realizadas muestran que la elección de un mecanismo de reacción específico puede interferir con los valores de velocidad de llama calculados, que pueden coincidir o desviarse de las observaciones experimentales. Los resultados obtenidos de estas investigaciones indican que el mecanismo denominado GRI 3.0 es la mejor opción para fines de aplicación general, ya que se encuentra un buen equilibrio entre precisión y esfuerzo computacional. Sin embargo, en casos donde se requiere información más detallada y precisión, el mecanismo CRECK C1-C3 demostró ser la mejor opción de los mecanismos evaluados. Además, los resultados indican claramente que las simplificaciones comúnmente aplicadas al modelado general de llamas, como el número de Lewis unitario y el enfoque promedio de mezcla, interfieren fuertemente con el cálculo de los valores de velocidad de propagación de la llama para flujos de una y dos fases. Mientras que la aplicación del enfoque del número de Lewis unitario está limitada a ciertas condiciones, el enfoque promedio de mezcla demostró un buen acuerdo con el modelo complejo para los cálculos de velocidad de llama en los diversos escenarios probados. Tal resultado no se limita a aplicaciones de oxi-combustión, sino que es directamente extensible a la combustión de oxi-vapor y aire soplado.