, CO , Soot , etc .. ), da parte di combustori turbogas.

Introduzione

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Introduzione

Questa attività, viene condotta nell'ambito del progetto sullo studio delle emissioni inquinanti allo scopo di mettere a punto una metodologia di stima dei livelli di produzione, delle specie chimiche minori ( NO

, CO , Soot , etc .. ), da parte di combustori turbogas.

Essa si propone di verificare la possibilità di applicazione della procedura RNA (Reactor Network Analysis) a partire da dati termofluidodinamici (TFD) prodotti dal codice CFD KIEN.

L’algoritmo RNA consente di seguire l'evoluzione di diverse specie chimiche costruendo una rete di reattori (CSTR), sui quali applicare schemi cinetici complessi per la simulazione di processi combustivi;

tale metodologia permette, quindi, la valutazione dei livelli di concentrazione finale e locale dei composti di interesse.

I reattori vengono ricavati a partire da domini tipici di applicazioni CFD mediante un metodo di classificazione delle celle basato su criteri di omogeneità chimico-fisica.

L’analisi RNA è stata fino ad oggi utilizzata esclusivamente in combinazione con il software CFD IPSE il cui campo di applicazione riguarda i generatori di vapore per la produzione di energia elettrica.

KIEN è un codice termofluidodinamico, di tipo URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes), in grado di simulare processi di combustione, all'interno di domini complessi a geometria fissa.

Esso consente di risolvere le equazioni di Navier-Stokes in formulazione transitoria, per flussi turbolenti e comprimibili, in presenza di scambi termici alle pareti e di reazioni chimiche.

Il numero di specie e di reazioni chimiche implementate è limitato in

genere a non più di 10 per contenere il tempo di elaborazione.

Introduzione

4 KIEN discretizza il dominio suddividendo lo spazio in unità adiacenti di forma esaedrica utilizzando griglie semistrutturate; tale procedura di semistrutturazione consiste nella soppressione di celle non funzionali (dette virtuali) che vengono comunque mantenute nella struttura della griglia logica, ma assumono fisicamente un volume nullo.

La prima parte del lavoro di tesi riguarda l’adeguamento informatico dei moduli del codice RNA alle caratteristiche dell’input di KIEN.

Per mettere a punto la procedura di interfacciamento è stato necessario fare riferimento ad un semplice caso campione di un combustore turbogas; tra le diverse applicazioni del codice CFD è stata scelta quella riguardante la camera di prova TAO equipaggiata con il bruciatore Ansaldo-Siemens V64.3A.

KIEN segue l'evoluzione temporale del sistema in esame e la valutazione del raggiungimento della stazionarietà del processo è affidata all'analisi dell'andamento di una serie di grandezze globali campionate ad alta frequenza (es: portata massiva che esce dal dominio di calcolo, il momento angolare globale, la quantità totale presente nel dominio di una o più specie); la soluzione stazionaria non è necessariamente stabile e costante, in genere risulta oscillante attorno a dei valori medi. Le fluttuazioni di portata, si riflettono sulla rete di reattori creata dalla classificazione RNA e si traducono in sensibili sbilanci di materia che risultano non compatibili con l’esecuzione del modulo del calcolo cinetico dettagliato.

E’ stato necessario, quindi, elaborare un metodo di chiusura dei bilanci di massa minimizzando le variazioni quadratiche delle portate medie dei singoli reattori.

La seconda parte dell’attività è inerente alle simulazioni effettuate con

reti di 200, 500 e 1000 unità per la stima dell’efficacia, della procedura

Introduzione

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RNA, nel dettagliare il dominio di calcolo e nel prevedere i campi di

grandezze TFD prodotti dal KIEN.