Calculul LES al combustiei fără flacără - PDF Descărcare gratuită
Calculul combustiei fără flacără Master în energie, aeronautică și cercetare spațială Raport de specializare în aeronautică și spațiu - septembrie 2006 Ronan VICQUELIN Ecole Centrale Paris Supervizor: Thierry Poinsot - Director CERFACS al grupului CFD Ref. CERFACS: WN/CFD/06/70
Date de contact Stagiar: Ronan VICQUELIN: CERFACS 42, Av. G. Coriolis 31057 Toulouse Cedex, Franța Tel: 33 5 61 19 30 19 Fax: 33 5 61 19 30 00 Email: [email protected] Supervizor: Thierry Poinsot: CERFACS 42, Av. G. Coriolis 31057 Toulouse Cedex, Franța Tel: 33 5 61 19 30 34 Fax: 33 5 61 19 30 00 Email: [email protected]
Cuprins Notații 1 Introducere 3 1 Introducere în arderea fără flacără 5 1.1 Caracteristicile arderii fără flacără. 5 1.2 Reducerea emisiilor de oxizi de azot. 6 1.3 Diluarea reactivilor. 11 1.4 Preîncălzirea. 13 1.5 Alte proprietăți. 15 1.6 Mecanisme și modele de ardere fără flacără. 17 1.7 Aplicații. 18 2 Simulare pe scară largă 23 2.1 Filtrare. 24 2.2 Ecuațiile. 24 2.3 Modele utilizate. 25 2.3.1 Modele de sub-plasă. 25 2.3.2 Condiții limită. 26 2.3.3 Model de radiații. 27 2.3.4 Modelul de chimie cinetică. 27 2.4 Codul AVBP. 29 3 Rezultate și interpretări 31 3.1 Configurare selectată. 31 3.2 Flacără monodimensională nedeclară. 32 3.3 Calcul 3D. 34 3.3.1 Câmpuri de specii. 34 3.3.2 Pierderi termice. 36 3.3.3 Zona de reacție. 37 3.3.4 Arderea fără flacără. 40
Concluzii și perspective 45 ANEXE 46 A Detalii despre cuptor 49 B Condiții la granița NSCBC 53 C Legile zidului 55 D Metode numerice întâlnite în AVBP 59 Bibliografie 66
6 Calculul LES al combustiei fără flacără Fig. 1.1 Diagramă care compară diferite moduri de ardere (Milani și Soprano, 2001). Smochin. 1.2 Comparația combustiei cu/fără flacără (Milani și Soprano, 2001). 1.2 Reducerea emisiilor de oxizi de azot Rata scăzută a emisiilor de oxizi de azot (NOx) este scopul combustiei fără flacără. Bazat pe principiul preîncălzirii aerului pentru a economisi combustibil, acesta păstrează doar avantajele. De fapt, problema majoră cu preîncălzirea este creșterea la sfârșitul temperaturii de ardere care crește producția de NOx (termic) exponențial. Cele trei căi principale de producție a oxidului de azot sunt următoarele: calea de producție termică descrisă de mecanismul Zel dovich N2 + ONO + N (1.1) N + O2 NO + O (1.2) N + OH NO + H (1.3) cale de producție timpurie unde azotul reacționează cu radicalii combustibili: CH + N2 HCN + N (1.4)
Calculul LES al combustiei fără flacără 15 Fig. 1.11 Arzător cu autoregenerare de la compania WS. Un injector de aer în centru, șase injectoare periferice (trei pentru combustibil, trei ca ieșire de fum alternând în timpul ciclurilor). Smochin. 1.12 Domeniul inflamabilității în funcție de puterea calorică a combustibilului Q f, temperatura inițială a amestecului și bogăția acestuia, φ (Katsuki și Hasegawa, 1998). curent descris de Maruta și colab. (2000), aerul preîncălzit este injectat pe o parte și combustibilul diluat în azot pe cealaltă parte. Testele au fost efectuate în greutate normală și în microgravitate. Limita de arsură slabă merge mai departe atunci când temperatura de preîncălzire crește (Fig. 1.13). 1.5 Alte proprietăți Proprietăți radiative Emisia unei flăcări depinde de speciile chimice implicate în reacție. Mecanismele chimice implicate în arderea preîncălzită și diluată sunt diferite de cele implicate într-o flacără convențională (Gupta și colab., 1999; Nicolle, 2005). Radicalii responsabili de luminozitatea unei flăcări sunt în principal C 2 și CH. Participarea lor la calea de reacție urmată de arderea fără flacără este diminuată.,