Simulação numérica do processo de combustão de metano em um queimador cilíndrico

Abstract

Este trabalho consiste na simulação numérica da combustão em uma câmara cilíndrica (queimador) para um jato concêntrico de combustível e ar, usando um software comercial baseado no Método dos Volumes Finitos. O combustível em análise é metano. As reações de formação de compostos NOX não são consideradas, assim como fenômenos de radiação. O objetivo é analisar a dinâmica dos fluidos do sistema, os perfis de temperatura e a concentração de alguns compostos como gás carbônico, oxigênio, monóxido de carbono e metano em seções estratégicas do queimador, assim como sobre seu eixo e comparar estes resultados com os obtidos experimentalmente, disponíveis na literatura. O ar entra na câmara a 36,29 m/s e o metano a 7,76 m/s. Todas as paredes do queimador estão a 393,15K. Este trabalho também discute a obtenção da independência de malha. A independência de malha é avaliada em linhas radiais localizadas sobre dois planos diferentes, que são perpendiculares ao eixo do combustor. Estes planos estão situados a 20% e a 80% do comprimento do queimador. O modelo de combustão sem pré-mistura para gás-gás é utilizado para modelar a combustão e a turbulência é resolvida através do modelo k-ω SST.

This work consists in a numerical simulation of combustion in a cylindrical chamber (burner) for a concentric jet of fuel and air using a commercial software based on Finite Volumes Method. The fuel under analysis is methane. Reactions of formation of NOX compounds are not considered just as well as the radiation phenomena. The goal is to analyze the fluid dynamics of the system, the profiles of temperature and concentrations of some compounds such as carbon dioxide, oxygen, carbon monoxide and methane in strategic sections of the burner, as well as on its axis comparing this results with those experimentally obtained, available in the literature. The considered inlet air velocity is 36.29 m/s and 7.76 m/s for methane. All walls of the burner are at 393.15 K. This work also discusses the achieving of mesh independency. The mesh independency is evaluated on radial lines situated on two different planes which are perpendicular to the burner’s axis. These plans are situated at 20% and 80% of the burner’s length. The Non-Premixed Gas-Gas Combustion model is applied for modeling combustion and turbulence is solved by k-ω SST model.