Modelado predictivo URANS/PDF de fenómenos en estado no estacionario en llamas turbulentas de hidrógeno-aire
Autores: Boukhelef, Mohamed; Senouci, Mohammed; Alliche, Mounir; Merouane, Habib; Bounif, Abdelhamid
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Modelado predictivo URANS/PDF de fenómenos en estado no estacionario en llamas turbulentas de hidrógeno-aire
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Demanda global
Energía alternativa
Combustible de hidrógeno
Combustión
Simulaciones numéricas
Modelo de turbulencia
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
La creciente demanda global de energía primaria, que todavía se satisface predominantemente con combustibles fósiles convencionales, ha llevado a un aumento de la contaminación atmosférica. Esto subraya la urgente necesidad de estrategias energéticas alternativas capaces de reducir las emisiones de carbono mientras se satisfacen los requisitos energéticos globales. El hidrógeno, como combustible limpio, ofrece una alternativa prometedora a los hidrocarburos, ya que no produce hollín, CO2 ni hidrocarburos no quemados. Aunque los óxidos de nitrógeno (NOx) son los principales subproductos de la combustión, su formación puede mitigarse controlando la temperatura de la llama. Este estudio investiga la viabilidad del hidrógeno como vector de energía limpia simulando una llama de chorro de hidrógeno no premixed, turbulenta e inestable, que interactúa con un flujo de aire. Las simulaciones numéricas emplean el marco de Navier-Stokes promediado en Reynolds no estacionario (URANS) para una predicción eficiente y precisa del comportamiento del flujo transitorio. La turbulencia se modela utilizando el modelo de Transporte de Tensión de Corte (SST k-), que mejora la precisión en flujos reactivos de alto número de Reynolds. El proceso de combustión se describe utilizando un modelo de Función de Densidad de Probabilidad (PDF) presumida, lo que permite una representación estadística de la mezcla turbulenta y la reacción química. Los resultados de la simulación se validan mediante la comparación con datos experimentales de temperatura y fracción de mezcla, demostrando la fiabilidad y capacidad predictiva del enfoque numérico propuesto.
Descripción
La creciente demanda global de energía primaria, que todavía se satisface predominantemente con combustibles fósiles convencionales, ha llevado a un aumento de la contaminación atmosférica. Esto subraya la urgente necesidad de estrategias energéticas alternativas capaces de reducir las emisiones de carbono mientras se satisfacen los requisitos energéticos globales. El hidrógeno, como combustible limpio, ofrece una alternativa prometedora a los hidrocarburos, ya que no produce hollín, CO2 ni hidrocarburos no quemados. Aunque los óxidos de nitrógeno (NOx) son los principales subproductos de la combustión, su formación puede mitigarse controlando la temperatura de la llama. Este estudio investiga la viabilidad del hidrógeno como vector de energía limpia simulando una llama de chorro de hidrógeno no premixed, turbulenta e inestable, que interactúa con un flujo de aire. Las simulaciones numéricas emplean el marco de Navier-Stokes promediado en Reynolds no estacionario (URANS) para una predicción eficiente y precisa del comportamiento del flujo transitorio. La turbulencia se modela utilizando el modelo de Transporte de Tensión de Corte (SST k-), que mejora la precisión en flujos reactivos de alto número de Reynolds. El proceso de combustión se describe utilizando un modelo de Función de Densidad de Probabilidad (PDF) presumida, lo que permite una representación estadística de la mezcla turbulenta y la reacción química. Los resultados de la simulación se validan mediante la comparación con datos experimentales de temperatura y fracción de mezcla, demostrando la fiabilidad y capacidad predictiva del enfoque numérico propuesto.