Specie chimiche

Si riportano nelle successive figure 6.5, 6.6 e 6.7 rispettivamente gli andamenti di O2, CO2 e CO in entrambi i modelli a confronto tra loro.

Si nota come gli andamenti di CO2 e CO sono complementari tra loro e comunque

Figura 6.4: Andamento della temperatura nei modelli a rilascio uniforme a λ = 0

Per entrambi i modelli si vede come la distribuzione dell’O2 in camera di com-

bustione rispecchia la distribuzione della temperatura prima descritta.

Nel caso del modello con ingresso attraverso tubazione uniforme infatti si ha il consumo graduale di O2 fino ad arrivare alla parete.

Nel caso del modello con ingresso attraverso piastra forata invece l’O2 si consuma

subito sopra il braciere e poi si distribuisce equamente ovunque.

Questo significa che nel primo caso i volatili bruciano più lentamente, mentre nel secondo bruciano subito.

Figura 6.6: Andamento della CO2 nei modelli a rilascio uniforme a λ = 0

6.2

Modello a letto poroso reattivo

Si mostrano ora gli andamenti di velocità, turbolenza, temperatura e specie chimiche nel caso del modello a letto poroso reattivo.

Per questo caso sono stati analizzati quattro sottocasi a differenti valori di λ con questa che varia da 0 a 1.

Si confrontano quindi, per ogni proprietà, il suo andamento al variare del rapporto tra aria secondaria e aria primaria.

6.2.1 Velocità

Per quanto riguarda il campo di velocità, si mostra nelle seguenti figure 6.8, 6.9, 6.10 e 6.11 il differente andamento dei vettori della velocità e delle streamlines a

λ crescenti via via crescenti.

Per λ = 0 si vede come i gas proveniente dal mezzo poroso, non incontrando ostacoli vadano liberamente verso le parete in alto della camera di combustione con una velocità massima di 6,88 m/s.

Dalle streamlines si nota il loro tragitto fino all’uscita e di come siano schiacciati sulla parete in alto.

Gli altri tre casi a lambda crescente invece hanno lo stesso andamento, con l’aria secondaria che ostacola il cammino dei prodotti di devolatilizzazione prove- nienti dal mezzo poroso.

I valori maggiori di velocità si registrano proprio sugli ugelli dell’aria secondaria e variano da caso a caso registrando velocità più alte al crescere di λ. In generale le velocità sono molto più alte del caso a λ = 0.

Anche le zone dei vortici aumentano in grandezza, soprattutto dove l’aria secon- daria incontra i gas che salgono dal mezzo poroso.

Figura 6.9: Vettori e streamlines della velocità per λ = 0, 6

Figura 6.11: Vettori e streamlines della velocità per λ = 1

6.2.2 Turbolenza

Nel caso con λ = 0 si hanno delle percentuali di intensità di turbolenza relati- vamente basse (la scala va dallo 0% all’81%).

Questo sempre perché i gas di devolatilizzazione non sono ostacolati da nulla nel loro cammino, non essendoci aria secondaria. La zona a turbolenza più alta è sempre quella in alto della camera di combustione.

Si mostra anche il dettaglio dell’intensità di turbolenza in due sezioni del mez- zo poroso; facendo notare come essa sia maggiore in corrispondenza dell’ingresso dell’aria primaria.

Figura 6.12: Andamento dell’intensità di turbolenza e dettaglio del mezzo poroso per λ = 0

Nei seguenti casi di figura 6.13, 6.14 e 6.15 gli andamenti dell’intensità della turbolenza nel freeboard sono pressoché identici; ciò che cambia sono i valori del- l’intensità della turbolenza che crescono al cresce di λ.

Si vede come in tutti e tre i casi le zone a maggiore turbolenza sono chiaramente quelle vicine agli ingressi dell’aria secondaria.

Figura 6.13: Andamento dell’intensità di turbolenza per λ = 0, 6

Figura 6.15: Andamento dell’intensità di turbolenza per λ = 1

6.2.3 Temperatura

Si mostrano nella seguente figura 6.16 gli andamenti della temperatura, nel caso di ingresso attraverso mezzo poroso reattivo, al variare di λ.

Si nota subito come il caso con λ = 0 è quello con una distribuzione di temperatura peggiore, con l’ingresso di sola aria primaria che brucia i volatili avendo le tempe- rature maggiori nelle zone di maggiore turbolenza. I fumi ottenuti si raffreddano ed escono a temperature intorno ai 1000 K.

Man mano che λ cresce si ottiene un effetto spegnimento sul braciere proprio al centro di esso. Questo è dovuto all’aria secondaria in ingresso.

In questo modo la combustione si concentra subito sopra la superficie del letto, da dove arrivano i prodotti di devolatilizzazione.

Questo permetta anche un raffreddamento migliore ai fumi di combustione e una distribuzione più uniforme delle temperature in uscita (intorno ai 800 K).

Si nota come la migliore distribuzione delle temperature di uscita si ha per λ = 0, 8 e poi peggiora andando per λ = 1.

Figura 6.16: Andamento della temperatura sulla sezione della caldaia al variare di

Andando nel dettaglio dell’ingresso attraverso mezzo poroso, in figura 6.17 si mostrano gli andamenti della temperatura, a λ crescente, all’uscita del mezzo po- roso o ingresso alla camera di combustione.

Si nota perfettamente l’utilizzo della UDF per definire la distribuzione di specie ed energia nel mezzo poroso; infatti la zona più vicina all’ingresso della biomassa ha temperature più alte a parità di posizione.

Si nota anche il precedentemente descritto effetto spegnimento sul braciere per λ crescente; infatti si crea un buco nell’andamento della distribuzione delle tempe- rature impostato dalla UDF e le temperature vicino al centro del letto (dove le temperature sono più alte) si abbassano.

Figura 6.17: Andamento della temperatura sulla superficie di ingresso volatili al variare di λ

6.2.4 Specie chimiche

Si riportano nelle seguenti figure 6.18, 6.19 e 6.20 gli andamenti delle specie per

λ crescente. Gli andamenti di CO2 e CO seguono la logica dell’andamento dell’O2.

Da questo si nota ancora una volta come, nel caso a λ = 0 la combustione in fase gas si propaga lungo tutta l’altezza della caldaia e si ha il massimo consumo di O2

anche nella zona in alto a sinistra dove c’è un forte miscelamento.

Per il casi a λ crescente, si nota ancora una volta l’effetto spegnimento nel centro del braciere ad opera dell’aria secondaria.

Figura 6.19: Andamento della concentrazione di CO2 al variare di λ

Per l’O2 si mostra, nella figura 6.21 anche l’andamento subito sopra il braciere,

dove si ha l’ingresso dei gas devolatilizzati in camera di combustione.

Anche in questo caso si nota l’andamento della UDF utilizzata, dove l’O2 consu-

mato maggiormente si trova nel punto iniziale del braciere, dove la biomassa brucia meglio.

Si nota anche da questa, l’effetto spegnimento nel centro del letto.

Figura 6.21: Andamento della concentrazione di O2 sulla superficie del letto al