2 Fluidodinamica Computazionale 1 Combustione senza fiamma Simbologia Introduzione Indice

Indice

1

Indice

Simbologia

Introduzione

1 Combustione

senza

fiamma

1.1 Introduzione 13

1.2 Formazione e controllo degli ossidi di azoto nei processi

di combustione 14

1.3 Caratteristiche della combustione senza fiamma 17

1.4 Applicazioni tecnologiche 25 1.4.1 Bruciatori recuperativi 25 1.4.2 Bruciatori rigenerativi 27 1.4.3 Generazione di vapore 29 1.4.4 Ossidazione termica 30 1.4.5 Altre applicazioni 31

2 Fluidodinamica

Computazionale

2.2 Equazioni di conservazione per flussi reagenti 33

2.3 Equazioni costitutive 35

Indice

2 2.4.1 Caratteristiche fondamentali della turbolenza 37

2.4.2 Equazioni di Navier-Stokes mediate secondo Reynolds 40

2.4.3 Modelli di turbolenza 43 2.4.3.1 Modelli di diffusione per gradiente 43

2.4.3.2 Modelli diretti 47

2.4.4 Trattamento del flusso alla parete 47

2.4.5 Modelli di combustione 49 2.4.5.1 Modello Eddy Break-up 51

2.4.5.2 Modello Eddy Dissipation e sue varianti 51

2.4.6 Modelli di radiazione 52 2.4.6.1 Metodo delle armoniche sferiche 54

2.4.6.2 Metodo delle ordinate discrete 54

2.4.6.3 Metodo a zone 55

2.4.6.4 Metodo Monte Carlo 55

2.4.6.5 Valutazione delle proprietà radiative 55

2.5 Struttura di un codice di calcolo CFD 56

2.5.1 Modello matematico 56 2.5.2 Modello numerico 57 2.5.3 Algoritmo di risoluzione 62 2.5.4 Criteri di convergenza 62 2.5.5 Il codice di calcolo CFX 5.7 63

Indice

3

3 Simulazioni numeriche

3.1 Simulazione numerica del bruciatore bluff-body 68

3.1.1 Analisi del bruciatore in assenza di reazione 72

3.1.2 Analisi del bruciatore in presenza di reazione chimica 76

3.2 Analisi numerica della combustione senza fiamma 81

3.2.1 Descrizione del bruciatore flameless 81

3.2.2 Dominio di calcolo e condizioni al contorno 86

3.2.3 Modello di turbolenza 93 3.2.4 Modello di combustione 93 3.2.5 Modello di radiazione e valutazione delle proprietà radiative 96

4 Risultati

4.1 Simulazione numerica del bruciatore bluff-body 101

4.1.1 Risultati relativi al flusso non reagente 101

4.1.2 Risultati relativi al flusso reagente 106

4.2 Simulazione numerica della combustione senza fiamma 113

4.2.1 Campo di moto e valutazione del rapporto di ricircolo 115

4.2.2 Influenza del dominio computazionale 116

4.2.3 Confronto con il codice di calcolo Fluent 120

Indice

4 4.2.4.1 Combustione del metano 122

4.2.4.2 Combustione delle miscele metano-idrogeno 126

4.2.5 Influenza del modello di turbolenza 131

4.2.6 Influenza del modello spettrale e del modello di radiazione 133 4.2.7 Influenza del modello cinetico 140

Conclusioni