Modello Mix-B

Nel Capitolo 3 sono stati proposti alcuni modelli che non ricorrono all equazioni cinetiche. Il modello Mix

ottenuti dalla minimizzazione della funzione obiettivo sono: A valori di ottimo sono riportati in Tabella

grado di riprodurre la fase iniziale della reazione, quando avviene la formazione del pool radicalico. Gli stessi problemi si riscontrano nella riproduzione del profilo di calore. In Figura A non sia in grado di modellare correttamente le differenti dinamiche che caratterizzano la combustione alle temperature studiate.

del calore rila scia to p revisto da GRI Mech 3.0 e da Mix tratteggia ta: GRI. Lin ea continua blu: Mix-A

Il meccanismo dettagliato prevede profili termici molto diversi per ognuna del A ha un andamento molto più omogeneo e sembra avvicinarsi a GRI solo a 800 °C. A temperature superiori il modello ridotto non è in grado di riprodurre il brusco rilascio di calore dovuto all’innesco, e la struttura apparentemente bipartita della legge di rilascio del calore. In generale la modellazione termochimica appare carente nella stessa misura del solo fenomeno chimico.

Nel Capitolo 3 sono stati proposti alcuni modelli che non ricorrono alla legge di potenza nelle equazioni cinetiche. Il modello Mix-B è stato sviluppato con lo stesso approccio. I parametri ottenuti dalla minimizzazione della funzione obiettivo sono: A1, A2, Ea1, α

valori di ottimo sono riportati in Tabella 4.3.

Capitolo 4

a formazione del pool radicalico. Gli stessi problemi si riscontrano nella riproduzione del profilo di calore. In Figura A non sia in grado di modellare correttamente le differenti dinamiche

p revisto da GRI Mech 3.0 e da Mix-A. Lin ea nera

Il meccanismo dettagliato prevede profili termici molto diversi per ognuna delle tre A ha un andamento molto più omogeneo e sembra avvicinarsi a GRI solo a 800 °C. A temperature superiori il modello ridotto non è in grado di riprodurre il ntemente bipartita della legge di rilascio del calore. In generale la modellazione termochimica appare carente nella stessa

legge di potenza nelle B è stato sviluppato con lo stesso approccio. I parametri , α11, α12, α21, α22. I

Tabella 4.3Para metri ottenuti dalla minimizzazione della funzione obiettivo per il modello Mix-B lnA1 lnA2 [s-kmol-m3] 9.38 9 Le figure 4.4 e 4.5 riportano i

Fig ura 4.4 Profilo di fra zione ma ssiva d’acqua p revisto da GRI Mech 3.0 e da Mix

nera tratteggiata: GRI. Linea continua b lu: Mix

Para metri ottenuti dalla minimizzazione della funzione obiettivo per il modello

Ea1 Ea2 α11 α12 α21

[kcal/mol]

16.5 18 2 1.22 2

Le figure 4.4 e 4.5 riportano i profili dei prodotti finali.

Profilo di fra zione ma ssiva d’acqua p revisto da GRI Mech 3.0 e da Mix nera tratteggiata: GRI. Linea continua b lu: Mix-B

Para metri ottenuti dalla minimizzazione della funzione obiettivo per il modello α22

.9

78

Fig ura 4.5 Profilo di frazione ma ssiva di CO

nera tratteggiata: GRI. Linea continua b lu: Mix

I profili sono lontani dall’avere un significato fisico. Gli andamenti previsti da GRI risentono delle variazioni di temperatura e composizione, Mix

profilo di CO2 calcolato da Mix

struttura stessa del modello e della funzione obiettivo da minimizzare: il bilancio su H

alla base di f1H comprende anche la concentrazione di metano, la funzione obiettivo minimizza le distanze tra i profili dei prodotti e sui tempi d’innesco. Poiché idrogeno e metano hanno una latenza d’innesco molto simile e non si considera CO come specie intermedia, al consumo di CH

confrontano le figure 4.6 e 2.13, si vede che r

di composizione e temperatura studiati, mentre l’andamento della velocità di produzione d’acqua in Figura 2.13 è molto simile in tutte le simulazioni.

Profilo di frazione ma ssiva di CO₂ previsto da GRI Mech 3.0 e da Mix nera tratteggiata: GRI. Linea continua b lu: Mix-B

I profili sono lontani dall’avere un significato fisico. Gli andamenti previsti da GRI risentono ra e composizione, Mix-B propone sempre lo stesso profilo. Il calcolato da Mix-B diverge completamente dal riferimento a causa della struttura stessa del modello e della funzione obiettivo da minimizzare: il bilancio su H

comprende anche la concentrazione di metano, la funzione obiettivo minimizza le distanze tra i profili dei prodotti e sui tempi d’innesco. Poiché idrogeno e metano hanno una latenza d’innesco molto simile e non si considera CO come specie

al consumo di CH4 segue la formazione immediata di CO

confrontano le figure 4.6 e 2.13, si vede che rH2O e rCO2 in Figura 4.6 variano molto nei campi di composizione e temperatura studiati, mentre l’andamento della velocità di produzione d’acqua in Figura 2.13 è molto simile in tutte le simulazioni.

Capitolo 4

previsto da GRI Mech 3.0 e da Mix-B. Linea

I profili sono lontani dall’avere un significato fisico. Gli andamenti previsti da GRI risentono B propone sempre lo stesso profilo. Il B diverge completamente dal riferimento a causa della struttura stessa del modello e della funzione obiettivo da minimizzare: il bilancio su H2 che è comprende anche la concentrazione di metano, la funzione obiettivo minimizza le distanze tra i profili dei prodotti e sui tempi d’innesco. Poiché idrogeno e metano hanno una latenza d’innesco molto simile e non si considera CO come specie segue la formazione immediata di CO2. Inoltre, se si in Figura 4.6 variano molto nei campi di composizione e temperatura studiati, mentre l’andamento della velocità di produzione

Fig ura 4.6 Velocità di produzione di CO

conversione di co mbustib ile

In Figura 4.6, sopra i 1200 °C l’andamento di r

il 60% di conversione, come in Figura 2.12. A 1200 °C il profilo di frazione ponderale d’acqua in Figura 4.4 è molto buono, questo è dovuto alla similitudine tra r all’andamento di f1H, che è lo stesso di f

migliorato il calcolo della latenza d’innesco in quasi tutte le simulazioni combustibili, si veda la Tabella 4.4.

Tabella 4.4 La ten za d’in nesco in second i p revista da GRI 3.0 e Mix

necessa rio al consumo del 5% d i combu stibile. La percentua le di H

abbondanza su base volu metrica nella miscela co mbustibile, id rogeno e metano, alimentata. Si esp rime in termini percentuali la differen za tra la previsione del meccanismo dettag liato e il meccanismo ridotto. H2= 65% Mix H2= 75% Mix H2= 85% Mix

Il rilascio di calore previsto da Mix

problemi sorti nella modellazione dei profili di composizione dei prodotti: a parte le

Velocità di produzione di CO₂ e H₂O adimensionalizzate al va ria re della

In Figura 4.6, sopra i 1200 °C l’andamento di rH2O è quasi simmetrico con massimi tra il 40 e il 60% di conversione, come in Figura 2.12. A 1200 °C il profilo di frazione ponderale

acqua in Figura 4.4 è molto buono, questo è dovuto alla similitudine tra r , che è lo stesso di f1 in Figura 2.12. Il ricorso a funzioni come f

migliorato il calcolo della latenza d’innesco in quasi tutte le simulazioni anche per miscele di combustibili, si veda la Tabella 4.4.

La ten za d’in nesco in second i p revista da GRI 3.0 e Mix-B ca lcolata come tempo necessa rio al consumo del 5% d i combu stibile. La percentua le di H₂

abbondanza su base volu metrica nella miscela co mbustibile, id rogeno e metano, alimentata. Si esp rime in termini percentuali la differen za tra la previsione del meccanismo dettag liato e il

H2= 65% 800 °C 1200 °C 1600 °C

GRI 6.74E-04 3.95E-05 9.67E-06 Mix-B -20.62% 3.04% -9.72% H2= 75% 800 °C 1200 °C 1600 °C

GRI 3.83E-04 2.67E-05 7.27E-06 Mix-B 33.16% 43.45% 12.65% H2= 85% 800 °C 1200 °C 1600 °C

GRI 2.19E-04 1.87E-05 5.49E-06 Mix-B 99.54% 74.87% 26.96%

Il rilascio di calore previsto da Mix-B non è per nulla soddisfacente. La Figura 4.7 conferma i problemi sorti nella modellazione dei profili di composizione dei prodotti: a parte le

O adimensionalizzate al va ria re della

è quasi simmetrico con massimi tra il 40 e il 60% di conversione, come in Figura 2.12. A 1200 °C il profilo di frazione ponderale acqua in Figura 4.4 è molto buono, questo è dovuto alla similitudine tra rH2O e in Figura 2.12. Il ricorso a funzioni come f1H e f1C ha anche per miscele di

B ca lcolata come tempo

2 è riferita alla sua abbondanza su base volu metrica nella miscela co mbustibile, id rogeno e metano, alimentata. Si esp rime in termini percentuali la differen za tra la previsione del meccanismo dettag liato e il

B non è per nulla soddisfacente. La Figura 4.7 conferma i problemi sorti nella modellazione dei profili di composizione dei prodotti: a parte le

80

simulazioni a 1200°C, anch’esse però poco aderenti alle previsioni di GRI calore non si avvicina minimamente al riferimento utilizzato.

Fig ura 4.7Profilo del calore rila scia to p revisto da GRI Mech 3.0 e da Mix

tratteggia ta: GRI. Lin ea continua blu: Mix

Il meccanismo considerato è sicuramente troppo semplificato. La previsione del profilo di CO2 è assolutamente insufficiente, ma l’elisione di CO dai bilanci non poteva portare risultati diversi se non a fronte di grandi errori sul momento d’innesco. Anche per H

rilasciato i risultati non sono accettabili. Le funzioni utilizzate non hanno la flessibilità sufficiente per simulare andamenti differenti da quelli descritti sopra, di conseguenza ulteriori complicazioni del meccanismo possono migliorare la modell

alle funzioni impiegate.