Capitolo 1 - CFD applicata alla combustione industriale

Capitolo 1 - CFD applicata alla combustione industriale

1.1 Introduzione

Per Computational Fluid Dynamics o CFD si intende l’utilizzo di codici di calcolo per l’analisi di sistemi fisici caratterizzati da flussi di massa e di calore, reazioni chimiche, moti turbolenti, flussi multifase, etc.

La CFD permette di risolvere numericamente le equazioni di Navier-Stokes, anche in presenza di scambio termico e reazioni, per un sistema di cui siano definite le condizioni a contorno ed iniziali.

La fluidodinamica computazionale è un valido mezzo di studio da affiancare alla tradizionale pratica sperimentale in quanto strumento versatile che può fornire risultati per una casistica di studio molto ampia in tempi molto minori e con costi inferiori rispetto alla sperimentazione tradizionale. E’ da sottolineare che l’attività di simulazione numerica non è una tecnica di studio che può essere utilizzata in sostituzione della sperimentazione in quanto basata su modelli e rappresentazioni semplificate di realtà fisiche, che, in quanto tali, non garantiscono la validità assoluta del risultato.

Nonostante lo sviluppo di sistemi di misura sempre più perfezionati e non intrusivi, non è possibile descrivere l’andamento delle grandezze TFD per l’intero dominio spaziale di interesse in quanto restano sempre ampie zone inaccessibili. La CFD consente di completare i dati sperimentali fornendo delle distribuzioni plausibili delle variabili termofluidodinamiche.

1.2 Campi di applicazione della CFD

Allo stato attuale i CFD vengono utilizzati in molti campi, da quello industriale a quello della ricerca, con esempi applicativi:

ƒ nell’ aerodinamica per la progettazione dei veicoli; ƒ nell’ analisi di motori a combustione interna;

ƒ nello studio di camere di combustione di impianti di produzione energia;

ƒ nel campo dell’elettronica per quanto riguarda lo studio di sistemi di raffreddamento di componenti di circuiti elettrici;

ƒ nello studio di processi di miscelamento e di separazione dell’industria di processo;

ƒ nel campo dell’idrologia ed oceanografia; ƒ nel campo della progettazione civile, ƒ nel campo medico;

ƒ nel campo meteorologico; etc.

L’esigenza sempre crescente di diminuire l’impatto ambientale di alcune realtà produttive ha portato, negli ultimi anni, ad un notevole sviluppo dell’applicazione dei CFD ai problemi di carattere ambientale. Con questa tecnica di simulazione è infatti possibile sia studiare la dispersione di specie inquinanti in mezzi gassosi o liquidi (derivanti da scarichi industriali e non in atmosfera, in fiumi, laghi, mare, etc.), oppure studiare la possibile formazione di specie inquinanti in processi come quelli combustivi, in modo da progettare sistemi di abbattimento o modificare i processi per ridurre la produzione ed emissione delle specie inquinanti e quindi diminuirne l’impatto ambientale.

1.3 Vantaggi e limitazioni dell’uso del CFD

I maggiori vantaggi provenienti dall’utilizzo di CFD risultano essere: ƒ sostanziale riduzione dei tempi e dei costi di progettazione per la

possibilità di studiare un’ampia gamma di possibili scenari a costi ed in tempi molto inferiori alla pratica sperimentale;

ƒ possibilità di studiare sistemi per i quali sia impossibile o difficoltosa la sperimentazione;

ƒ possibilità di studiare sistemi in condizioni operative limite dal punto di vista della sicurezza o di simulare condizioni accidentali.

I risultati ottenuti con tecniche CFD non sono però fedeli riproduzioni di fenomeni fisici, in quanto:

ƒ i modelli utilizzati e le equazioni differenziali per la rappresentazione del sistema fisico contengono semplificazioni ed approssimazioni; ƒ nelle operazioni di discretizzazione delle equazioni differenziali ad

equazioni algebriche vengono introdotte ulteriori approssimazioni; ƒ nella risoluzione delle equazioni discretizzate viene utilizzato un

metodo iterativo che, in quanto tale, non porta mai ad un esatta soluzione del problema.

1.4 Componenti di un codice di calcolo CFD

I principali elementi che compongono un codice di calcolo CFD sono: ƒ il modello matematico;

ƒ il dominio di calcolo;

ƒ il metodo di discretizzazione; ƒ l’algoritmo di risoluzione; ƒ i criteri di validità del calcolo.

1.4.1 Il modello matematico

Il modello matematico è l’insieme delle equazioni differenziali (trasporto di quantità di moto, di materia e di energia) e dei modelli che rappresentano il sistema fisico considerato. Non esiste uno schema universale che possa essere utilizzato per qualsiasi tipo di simulazione, ma esistono più modelli semplificati. Per esempio all’interno di un codice sono presenti più modelli per la rappresentazione della turbolenza e della chimica di un sistema e diverse rappresentazioni analitiche delle caratteristiche fisiche come densità e viscosità.

E’ evidente come l’applicazione di un modello porti inevitabilmente a delle approssimazioni in quanto non vengono considerati tutti i possibili fenomeni fisici, ma solamente quelli che, per l’esperienza accumulata, si ritengono maggiormente influenti sulla dinamica del sistema. E’ quindi necessario provare sperimentalmente che le assunzioni alla base dell’utilizzo di un modello siano valide e non portino a risultati difettosi.

1.4.2 Il dominio di calcolo

Scelto il modello matematico deve essere definito il dominio di calcolo. Questo viene suddiviso in un numero arbitrario di celle non sovrapposte le une alle altre, all’interno delle quali, ad ogni iterazione, vengono calcolati i valori delle variabili incognite (temperatura, pressione, velocità, etc.).

Risulta evidente come una maggiore discretizzazione, ovvero un maggior numero di celle, garantisca una maggiore accuratezza del calcolo, ma significhi anche tempi di elaborazione più lunghi. Una corretta definizione del dominio di calcolo è perciò il primo passo necessario per la buona riuscita di una simulazione: una griglia troppo lasca può portare ad approssimazioni troppo spinte di gradienti elevati, oppure griglie troppo fini possono portare a problemi numerici di convergenza.

E’ quindi necessario un compromesso per sfruttare con efficacia le risorse computazionali, inoltre, un’analisi di sensitività al variare del dominio di calcolo può fornire importanti indicazioni: il risultato della simulazione deve infatti essere indipendente dal grado di discretizzazione.

1.4.3 Il metodo di discretizzazione

Una volta stabilito il modello matematico deve essere scelta la tipologia di discretizzazione mediante la quale le equazioni differenziali rappresentanti il sistema vengono approssimate ad equazioni algebriche.

Esistono vari approcci e quelli maggiormente utilizzati sono: ƒ metodo delle differenze finite [2];

ƒ metodo degli elementi finiti [3]; ƒ metodo dei volumi finiti [4, 5].

Le tre procedure risultano equivalenti per elevata discretizzazione del dominio di calcolo, ovvero per griglie molto fini, tuttavia al variare del problema fisico considerato alcuni metodi risultano migliori di altri da un punto di vista di velocità e convergenza di calcolo [1].

I codici di calcolo commerciali maggiormente diffusi (PHOENICS, FLUENT, FLOW3D, STAR-CD) adottano il metodo di discretizzazione dei volumi finiti.

1.4.4 Algoritmo di risoluzione

L’algoritmo di risoluzione numerica è lo schema iterativo seguito dal codice per giungere alla soluzione del problema a partire da delle condizioni iniziali.

Come per i metodi di discretizzazione esistono diversi algoritmi di risoluzione, più o meno efficienti a seconda del sistema considerato. I processi iterativi di risoluzione numerica generalmente implementati nei CFD sono:

ƒ SIMPLE [6]; ƒ PISO [7, 8, 9]; ƒ SIMPISO.

Gli algoritmi SIMPLE e SIMPISO vengono usati in calcoli allo stazionario, mentre l’algoritmo PISO per processi in transitorio [10].

1.4.5 Criteri di validità del calcolo

Essendo l’algoritmo di risoluzione numerica un processo iterativo, è necessario definire dei criteri che ne possano stabilire la validità e la possibilità di raggiungimento di una soluzione plausibile dal punto di vista numerico.

I criteri più significativi sono [1]:

ƒ consistenza: uno schema numerico è detto consistente se il sistema di equazioni algebriche che produce può essere dimostrato equivalente al sistema originario di equazioni differenziali al tendere a zero della grandezza delle celle;

ƒ stabilità: un metodo di risoluzione è detto stabile se non amplifica l’errore numerico ad ogni iterazione.

ƒ convergenza: capacità di un metodo numerico di produrre una soluzione esatta al tendere a zero della grandezza del volume o dell’elemento di controllo; si dimostra che un algoritmo di risoluzione consistente e stabile risulta indipendente dalle caratteristiche della griglia utilizzata.

Se durante un calcolo vengono soddisfatti i criteri suddetti significa che è possibile raggiungere una soluzione coerente dal punto di vista numerico ma non necessariamente validità anche da un punto di vista fisico.

1.5 Osservazioni

I codici di calcolo CFD, applicati allo studio di camere di combustione industriali, utilizzano meccanismi cinetici semplificati per l’ossidazione del combustibile e la formazione ed interazione di composti azotati e solforati; tale modo di agire risulta sufficientemente dettagliato per tenere conto dell’effetto delle reazioni chimiche sui campi di moto e temperatura dei sistemi studiati. Per problematiche connesse alle capacità computazionali, disponibili attualmente, l’applicazione di meccanismi cinetici dettagliati è possibile solo dopo una procedura di post-processamento dei dati CFD.

1.6 La chimica della combustione nei CFD 1.6.1 Premessa

La combustione è un processo complesso frutto della forte interazione tra i fenomeni di trasporto di massa, energia, quantità di moto e cinetica chimica.

In generale un meccanismo cinetico di combustione è costituito dall’insieme degli steps elementari che si verificano durante la conversione del combustibile e dell’ossidante nei prodotti. Ogni reazione elementare del meccanismo si presenta nella forma:

D C B

A+ → +

con una velocità di formazione espressa dall’equazione:

[ ][ ]

A B

k r_f = _f

dove k_f è la costante cinetica della reazione, funzione della temperatura, mentre,

[ ]

A e

[ ]

B sono le concentrazioni delle specie chimiche reagenti.

Convenzionalmente, la dipendenza della costante cinetica dalla temperatura è espressa dalla relazione modificata di Arrhenius:

⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = RT E AT k n a f exp

Poiché le reazioni elementari presentano un comportamento di Arrhenius classico all’interno di piccoli range di temperatura, in molti casi, la dipendenza può essere inglobata in un unico termine esponenziale (n=0); in generale questa approssimazione non può essere fatta nei processi di combustione, dove la presenza di forti gradienti di temperatura rende necessaria l’introduzione del termine addizionale n

T .

Poiché una reazione elementare risulta di equilibrio, la conoscenza accurata delle proprietà termodinamiche delle specie chimiche coinvolte diviene un elemento essenziale per la corretta definizione della cinetica. Sussiste la seguente relazione tra le costanti di reazione diretta (kf ), inversa (kr) e di equilibrio (ke):

e f

r k k

k = / .

1.6.2 Approccio convenzionale alla chimica degli inquinanti

I codici CFD commerciali, normalmente usati nell'industria, sono in grado di gestire la modellazione di un’ampia casistica di sistemi chimici reagenti.

Esistono comunque delle limitazioni sull’implementazione di cinetiche dettagliate ed in particolar modo nell’ambito dei processi combustivi. Lo sviluppo di metodi affidabili per la combinazione di cinetiche complesse e CFD è essenziale per una analisi realistica della formazione di sostanze inquinanti (NO_x,SO₂,PAH,Soot,etc..).

Le difficoltà principali nella simulazione numerica di fenomeni che coinvolgono flussi reattivi è dovuta alla complessità fisica dei sistemi

industriali; in particolare risulta problematico gestire la geometria ed il transitorio nel quale avvengono i processi.

Per le reazioni chimiche, il ∆t, entro il quale si giunge all’equilibrio varia tra gli estremi delle cinetiche veloci (10−5 ÷10−14 s) e di quelle lente (10−2 ÷100 s), mentre, per quanto riguarda la scala del tempo tipica per il moto di un fluido, oscilla tra 10−5 ÷10−2 s, per fenomeni di tipo locale, fino a 10 s, per tempi globali di residenza ( Warnatz. (1995) ).

Per superare le difficoltà numeriche nella trattazione di flussi chimici reagenti, è richiesta una comprensione completa della chimica in condizioni di flusso turbolento [14].

Nella modellazione di un processo di combustione (es: ignizione ed infiammabilità, propagazione ed estinzione di una fiamma,emissione di sostanze inquinanti, etc..) le simulazioni si basano su meccanismi cinetici dettagliati (DCK); tali schemi consistono in una sequenza complessa di reazioni elementari che coinvolgono un numero considerevole di equazioni e specie chimiche intermedie.

La simulazione tramite codici di calcolo di reazioni chimiche e l’uso combinato di DCK e CFD richiede un sostanziale sforzo computazionale; per tale motivo risulta essenziale lo sviluppo di un approccio basato sul post-processing dei dati forniti dai codici CFD. Negli ultimi anni gli studi si sono concentrati, in modo particolare, sullo sviluppo di meccanismi che riguardano la combustione di idrocarburi e la conseguente formazione di inquinanti (NO_x,SO₂,PAH,Soot).

La combustione di idrocarburi consiste principalmente in una demolizione progressiva delle molecole di combustibile in frammenti a più basso peso molecolare, i quali a loro volta sono convertiti nei prodotti H2O e CO2.

In molti casi tali frammenti sono essi stessi dei combustibili: ad esempio l’etilene (C2H4) è un importante intermedio nella combustione

del propano (C3H8) e di altri idrocarburi superiori mentre l’ossido di

carbonio (CO) e l’idrogeno (H₂) sono specie che sono presenti in quantità significative nella ossidazione di tutti gli idrocarburi assieme ai radicali H,OH,HO2,HCO etc.

In generale un meccanismo dettagliato può essere sviluppato partendo dallo studio della cinetica delle specie semplici presenti nel processo e combinando tra loro i sub-meccanismi individuati, sino alla realizzazione del meccanismo completo.

1.6.2.1 Le cinetiche di combustione semplificata per idrocarburi

1.6.2.1.1 Meccanismo one-step

La combustione di un idrocarburo può essere rappresentata dalla reazione: O H n CO n O n Fuel+ _{1 2} → _{2 2} + _{3 2}

dove i coefficienti stechiometrici (ni) dipendono dal numero di atomi di

carbonio del combustibile. Questo tipo di reazione è spesso sufficiente per valutare in maniera approssimata gli effetti che sono il frutto di un numero molto grande di reazioni elementari. Il rate cinetico, della reazione di sopra, deve perciò essere una media opportuna tra i valori delle velocità dei singoli processi coinvolti ed è usualmente espresso nella forma:

[

] [ ]

a b a n medio Fuel Ox RT E AT r ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − = exp

dove i valori dei coefficienti A,n,E_a,a e b sono determinati sulla base di misure sperimentali di velocità di reazione.

Si deve notare che data la natura globale della reazione riportata i termini a e b non sono correlati con i coefficienti stechiometrici e variano, in generale, oltre che con il tipo del combustibile anche con la pressione, il rapporto stechiometrico Fuel /Ox ed altri parametri.

1.6.2.1.2 Meccanismo two-steps

Questo meccanismo si basa sull’accoppiamento di due cinetiche di reazione, la prima di demolizione del combustibile a CO e H₂O e la seconda di ossidazione del CO a CO2:

( )

a O H m nCO O r m n O H Cn m r 2 2 2 2 4 2 ⎟⎠ → + ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ _{+ −} +

( )

b CO O CO _{2 2} 2 1 _→ +

Questo tipo di schema, permette di fare delle previsioni migliori in termini di temperatura adiabatica di fiamma e concentrazione finale delle specie chimiche rispetto al meccanismo ad un unico step e consente di introdurre la specie CO che riveste un ruolo importante nei sistemi pratici di combustione.

Al fine di migliorare le previsioni sui termini del rapporto finale

1.6.2.1.3 Meccanismo four-steps

Il meccanismo riportato, sviluppato da W.P. Jones et al. (1988) [15], descrive schemi globali di reazione per la combustione di idrocarburi fino al butano (C₄H₈).

Lo schema include due reazioni in competizione per l’ossidazione del combustibile e consta delle seguenti equazioni:

(

n

)

H

( )

c nCO O n H Cn 2n 2 2 1 2 2 → + + + +

(

n

)

H

( )

d nCO O nH H C_{n 2n+2} + ₂ → + 2 +1 ₂

( )

e O H O H2 2 2 2 1 ↔ +

( )

f H CO O H CO+ ₂ ↔ ₂ + ₂

Le cinetiche proposte sono riportate di seguito:

( )

[

] [ ]

4 5 2 5 . 0 2 2 1 T C H O k r_c = _{n n+}

( )

T

[

C H

][

H O

]

k r_d = _{2 n 2n+2 2}

( )

[ ] [ ] [

]

1 2 4 9 2 2 1 2 3 − =k T H O H O r_e

( )

T

[ ][

CO H O

]

k r_f = _{4 2}

La sperimentazione è effettuata su fiamme premiscelate di CH₄ e C₂H₆ e fiamme diffusive di CH4 +aria; la valutazione dei parametrici cinetici sfrutta i dati ricavati dall’analisi della struttura di fiamma (velocità e spessore) e dei profili di concentrazione delle specie chimiche.

1.6.2.2 Cinetiche quasi-globali

Lo schema cinetico quasi-globale prevede una reazione di demolizione del combustibile a CO e H2 (eq. c) (in alternativa si introduce una

demolizione a CO e H2O) accoppiata con una cinetica dettagliata del sistema CO/ H2.

Questo approccio è supportato da riscontri sperimentali che suggeriscono uno sviluppo sequenziale della reazione di ossidazione passante per l’intermedi H₂ e CO (Dryer & Westbrook 1979; Duterque 1981).

Il vantaggio principale di questo tipo di modello sta nella possibilità di trattare idrocarburi pesanti, con una buona predizione della composizione finale dei prodotti, una volta che sia stato effettuato il tuning dei parametri cinetici caratteristici della reazione iniziale di demolizione.

Il modello dà di solito una non buona predizione della concentrazione delle specie radicaliche e quindi mal si adatta ad essere accoppiato con modelli di formazione di NO_x dove tali concentrazioni rivestono un ruolo molto importante.

1.6.2.3 Meccanismi cinetici di interesse

1.6.2.3.1 Schemi di formazione degli ossidi di azoto

Possono essere distinti tre processi di formazione degli ossidi di azoto durante un processo combustivo:

ƒ Thermal NOx

ƒ FuelNOx

ƒ PromptNOx

Thermal NO_x: si formano per ossidazione dell’azoto atmosferico in condizioni di elevata temperatura (T>1300 oC) e di concentrazione di ossigeno attraverso la reazione molecolare N₂ +O₂ →2NO.

Il meccanismo (Zeldovich 1946) si basa sui quattro steps elementari:

( )

g N NO O N₂ + → +

( )

h O NO N N₂ + → +

( )

i H NO N OH + → +

( )

l M N N M N2 + → + +

Il meccanismo termico è responsabile della formazione del 70−90% degli ossidi di azoto a seconda della natura del combustibile, della temperatura e della stechiometria di fiamma.

Fuel NOx: si formano per ossidazione, nella zona di fiamma, dei

composti azotati presenti nel combustibile.

La formazione dei fuel-NO_x avviene attraverso un meccanismo complesso: l’azoto organico, usualmente presente in forma piridinica, si libera nella fase gassosa sottoforma di molecole appartenenti al gruppo dei cianuri (principalmente HCN) e delle ammine leggere (principalmente NH3).

Tali intermedi danno origine a loro volta ad un gran numero di specie radicaliche intermedie (CN,NH,etc..) che prendono parte alla cinetica in fase omogenea.

E’ importante notare che in definitiva è il pool di specie azotate leggere ad essere ossidato ad NO_x: questo suggerisce di trattare l’azoto del combustibile come una certa quantità di HCN e NH3 presente nel gas

all’inizio del processo di combustione.

Il grado di conversione dell’azoto del fuel dipende prevalentemente dalla stechiometria di fiamma.

Prompt NO_x: si formano per ossidazione dell’acido cianidrico a sua volta prodotto dall’attacco dell’azoto atmosferico da parte dei radicali idrocarburici presenti nella zona di fiamma secondo la reazione (Fenimore 1971):

( )

m N HCN N CH + 2 → +

Il grado di conversione dipende dalla stechiometria di fiamma e dalla temperatura.

In pratica il prompt-NO dà un contributo trascurabile al totale degli NOx

La cinetica dei processi di formazione degli ossidi di azoto è stata oggetto di numerosi studi e sono disponibili attualmente modelli dettagliati in grado di predire, con buona approssimazione, la formazione degli NOx in fiamme ossidanti e stechiometriche.

L’utilizzo di cinetiche dettagliate per lo studio della formazione degli

x

NO richiede l’accoppiamento di queste con modelli di combustione in grado di valutare la concentrazione locale dei radicali O,OH,H,CH,... Come già detto precedentemente, l’utilizzo di tali schemi in modelli fluidodinamici 3D dà origine a problemi di risorse e tempi di calcolo, per questa ragione sono state messe a punto cinetiche globali basate sulla singola reazione:

( )

n NO O

N2 + 2 →2

1.6.2.3.2 Combustione del metano

Gli schemi cinetici che descrivono la combustione del metano (CH₄) sono essenzialmente due:

ƒ meccanismo semplificato quasi-globale ƒ meccanismo cinetico a specie stabili

Il meccanismo semplificato quasi-globale (Nreazioni =27,Nspecie =17) è

costituito da tre sub-meccanismi: ƒ reazione di demolizione del CH4

ƒ chimica del sistema CO/ H2

Il set di reazioni di formazione degli ossidi di azoto si riferisce ad una combustione di miscele povere; in tali condizioni le concentrazioni dei radicali O,OH,H sono comparabili tra loro e il meccanismo non coinvolge specie radicaliche ridotte quali NH₂,NH₃,HCNO.

Il meccanismo tiene conto della formazione degli NOx termici, prompt e

fuel, ipotizzando per le ultime due tipologie una concentrazione iniziale di HCN nei gas in ingresso al combustore, in quanto non è prevista la radicalizzazione del combustibile a CHi.

Per quanto riguarda il meccanismo cinetico a specie stabili si utilizzano 3 reazioni: 2 reazioni per la combustione del metano ed una per il processo di formazione degli ossidi di azoto; nello schema sono coinvolte 7 specie chimiche stabili (CH₄,O₂,CO,H₂O,CO₂,N₂,NO).

Secondo tale meccanismo le reazioni vengono considerate di non equilibrio ad esclusione della reazione di ossidazione del CO a CO2.

1.6.3 Metodologia RNA per l’applicazione di cinetiche complesse

L’approccio RNA (“Reactor Network Analysis”) alla modellazione di sistemi di combustione industriali comprende essenzialmente due fasi: la prima consiste nel post-processing dei dati di output (campi di moto, di temperatura e di concentrazione delle specie chimiche principali) che derivano dalla caratterizzazione termofluidodinamica della camera di combustione effettuata tramite un codice CFD, mentre, la seconda è data dall’impiego di meccanismi cinetici dettagliati per il calcolo delle concentrazioni delle specie chimiche di interesse (NO_x,CO,SO_x,etc..) su un sistema semplificato estratto dall’analisi dei campi TFD.

I codici CFD partizionano il dominio del caso studiato in celle (di dimensione e forma variabile) utilizzando griglie ad elevata risoluzione spaziale (da alcune decine di migliaia ad alcune centinaia di migliaia); la procedura RNA riduce il sistema ad una rete di CSTR (“Continuos Stirred Tank Reactor”) sui quali si effettua la risoluzione dei bilanci di materia e di energia.La metodologia si basa su una semplificazione della fluidodinamica del sistema, considerando un miscelamento perfetto sui reattori della rete ed andando quindi ad ipotizzare che sia la cinetica chimica l’aspetto controllante della dinamica del processo di combustione. Riporto ora una breve descrizione degli schemi cinetici dettagliati degli idrocarburi che vengono maggiormente utilizzati in letteratura [19].

I meccanismi complessi sono costituiti da un numero elevato di reazioni elementari che possono essere raggruppate in sub-meccanismi:

ƒ chimica del sistema H2 −O2

ƒ chimica degli idrocarburi C1/C2/.../Cn

ƒ reazioni del CO

Per quanto riguarda la combustione del metano

(N_reazioni =234,N_specie =45) lo schema è costituito dai seguenti

sub-meccanismi:

ƒ ossidazione del C1/ C2

ƒ interazione idrocarburi/azoto ƒ ossidazione dell’HCN

ƒ ossidazione dell’NH3

Il modello (Glabor et al., 1986; Thorne et al., 1986; Miller & Bowman et al., 1989) predice con discreta approssimazione i fenomeni di ignizione ed ossidazione del CH₄ in un campo esteso di valori del rapporto stechiometrico fuel /aria (0.6÷1.6), inoltre, simula adeguatamente i processi di formazione/distruzione degli ossidi di azoto in reattori CSTR.

Attualmente il calcolo cinetico implementato nel codice RNA prevede: ƒ un meccanismo per la combustione di idrocarburi con circa 2900

reazioni e 250 specie

ƒ un modello per gli NO con 150 reazioni e 22 specie _x ƒ un modello per gli SO con 92 reazioni e 21 specie _x

ƒ meccanismi per il Cl (cloro) e le specie Na (sodio) e K (potassio), comprendenti rispettivamente 29 e 40 reazioni con 6 e 11 specie interessate

ƒ la combustione eterogenea del char (rappresentato con una distribuzione dimensionale) con cinetica di ordine 0.5 e in cui la diffusione è lo stadio controllante

ƒ un rilascio istantaneo dei volatili (fast pyrolysis) un meccanismo di riduzione degli NO sulla superficie del char _x