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Modelando la Transferencia de Calor Conjugada en un Horno de Cocción de Ánodos Usando OpenFoam

Autores: Lahaye, Domenico; Nakate, Prajakta; Vuik, Kees; Jureti, Franjo; Talice, Marco

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Modelando la Transferencia de Calor Conjugada en un Horno de Cocción de Ánodos Usando OpenFoam


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Hornos industriales
Modelado matemático
Emisiones de contaminantes
Quemadores
Gas natural
Simulaciones numéricas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La operación de grandes hornos industriales seguirá dependiendo de combustibles hidrocarburados en un futuro previsible cercano. Se espera que la modelización matemática y la simulación numérica proporcionen información clave para implementar medidas que reduzcan aún más las emisiones de contaminantes. Estas medidas incluyen la optimización del diseño de los quemadores, la dilución del oxidante con gases de escape y la mezcla de gas natural con hidrógeno. En este documento, nos enfocamos en la simulación numérica de la combustión turbulenta no premixed de gas natural en una única sección de calefacción de un horno de cocción de ánodo de pozo anular. En trabajos anteriores, realizamos simulaciones de combustión utilizando un simulador de flujo comercial combinado con un paquete de código abierto para la generación de mallas tridimensionales. Esto motiva el cambio a un conjunto de software completamente de código abierto. En este documento, desarrollamos un modelo de Navier-Stokes promediado por Reynolds para el flujo turbulento combinado con un modelo de mezcla quemada infinitamente rápido para la combustión no premixed y un modelo de medio participativo para la transferencia de calor radiante en OpenFoam. La transferencia de calor a la revestimiento de ladrillo refractario se tiene en cuenta mediante un modelo de transferencia de calor conjugada. Las simulaciones numéricas proporcionan información valiosa sobre la liberación de calor y la distribución de especies químicas en el proceso de combustión escalonada utilizando dos quemadores. Los resultados muestran que, en las condiciones de operación implementadas, se forman temperaturas pico más altas en el quemador más cercano a la entrada de aire. Esto resulta en una mayor concentración de óxido nítrico térmico. La inclusión de la absorción de calor en los ladrillos refractarios resulta en una temperatura más uniforme en el plano de simetría en el centro de la sección. El pico en los óxidos de nitrógeno térmicos se reduce en un factor de cuatro en comparación con el modelo con paredes adiabáticas.

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