Estudio numérico del comportamiento de llamas de difusión laminar al variar sus concentraciones de oxígeno

Tesis (Ing. Civil Industrial) -- Prof. Guía: Rodrigo Demarco; prof. corref.: Andrés Fuentes

En la presente memoria se estudian numéricamente llamas de difusión laminar inversas axisimétricas, variando las concentraciones del flujo oxidante en el proceso de combustión con el fin de obtener las concentraciones de hollín, temperatura y radiación liberada por la llama. Para lograr lo anterior, se llevaron a cabo varias simulaciones numéricas para una llama de difusión inversa (IDF), que contempló el uso de tablas de química tabulada (Steady Laminar Flamelet) y un modelo de producción de hollín semi-empírico de dos ecuaciones basado en las concentraciones de acetileno y benceno. Para la radiación se utilizó el Full-Spectrum Correlatedk (FSCK), un modelo de propiedad radiativa, resuelto con una metodología de volúmenes finitos. Las simulaciones se realizaron con distintas concentraciones de oxígeno (OI) desde 17% a 35%. El combustible utilizado fue etileno C2H4, donde los flujos de aire y combustible se mantuvieron constantes a 2.2 y 2.7 (slpm) respectivamente. Los resultados numéricos obtenidos de las simulaciones se compararon con datos experimentales que se obtuvieron en el marco de otro trabajo de investigación (1). En general, la simulación predice correctamente el comportamiento de la llama a medida que se varía el OI. Se obtuvieron alturas de llama ajustadas, donde la teoría de Roper fue adaptada para condiciones de IDF. Los resultados obtenidos de la simulación, en términos de fracción en volumen de hollín, fracción en volumen de hollín integrada y radiación, se ajustan correctamente con los datos experimentales para bajos OI (OI ? 25%). Para altos contenidos de oxígeno se generan llamas más cortas, intensas y definidas, presentado altas temperaturas, mayor cantidad de hollín y mayor energía liberada por radiación. Este estudio es un gran aporte, ya que con esta primera iteración del modelo se logró evaluar el desempeño del modelo de hollín al variar sus concentraciones de oxígeno, el cual fue utilizado anteriormente en otros estudios (2) para distintos combustibles considerando condiciones ambientales normales (OI 21%). A pesar de obtener tendencias similares a los datos experimentales, se logra evidenciar que el modelo numérico, debe ser calibrado nuevamente, para obtener mejores predicciones a altos OI, mejorando así sus debilidades y potenciando sus capacidades. La finalidad de estos resultados es que puedan ser utilizados en futuras investigaciones, mejorando los modelos de radiación y de producción de hollín, buscando optimizar la potencialidad tecnológica para la industria.

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