Simulación Numérica del Efecto de un Mecanismo de Estratificación de Aire en un Quemador de Alta Velocidad

En este trabajo se analizó por medio de simulación numérica el efecto de la estratificación de aire en un quemador de alta velocidad con el fin de determinar su efecto sobre la distribución de temperatura, la estabilidad de llama y la formación de especies químicas contaminantes como CO y NOx. Las simulaciones se realizaron utilizando el software comercial ANSYS FLUENT para predecir el comportamiento del sistema con y sin uso del mecanismo de suministro de aire por etapas. En cada simulación se empleó el modelo Eddy Dissipation para la combustión, mientras que los modelos k - ε Realizable y Ordenadas Discretas fueron usados para la simulación del flujo turbulento y la radiación, respectivamente. Los resultados muestran que el uso de un mecanismo para estratificar el aire favorece la estabilización de llama, la iniciación de las reacciones de combustión y el mecanismo de mezclado. La formación de CO presentó diferencias en la zona de reacción y las emisiones de NOx no fueron significativamente influenciadas por el mecanismo de estratificación de aire.

Abstract

In this work, staged air combustion in a high speed burner was analyzed by mean of numerical simulation in order to determine its effects on temperature distribution and pollutant chemical species formation such as CO and NOx. The simulations were achieved using the commercial software ANSYS FLUENT as a design tool to predict the behavior of the thermal system and to establish operation conditions with or without staged air. Eddy Dissipation model was used for combustion simulation, while k - ε Realizable and Discrete Ordinates models were utilized for turbulence and radiation simulation, respectively. Results show that staged air mechanism allows better flame stabilization, combustion reactions initiation and fuel-air mixing. The CO formation was different in reaction zone and NOx emissions were not significantly influenced by the staged air.