Simulação numérica da combustão de misturas pobres de metano em meio poroso

Abstract

Queimadores que utilizam meios porosos representam uma tecnologia relativamente recente e que apresenta vantagens em relação a outros processos de queima, como excelente desempenho, estabilidade de chama, baixos níveis de emissão de poluentes e largos intervalos de potência disponível. Este trabalho objetiva estudar numericamente diferentes modos de operação de um queimador poroso, analisando-se os efeitos nas variações de parâmetros como razão de excesso de ar e potência de operação. Usa-se misturas de ar e metano como fluido de trabalho. A matriz porosa é constituída de alumina (Al2O3). O código utilizado na programação é escrito na linguagem Fortran, utiliza algoritmo SIMPLE e método de volumes finitos. Obteve-se perfis de temperatura para diferentes parâmetros de operação do queimador. Conseguiu-se estabilizar chamas no interior de matrizes porosas, observando-se escoamentos homogêneos que preenchem toda a geometria. Observou-se que a análise de diferentes geometrias e estruturas para queimadores enriqueceriam o estudo do escoamento e do processo de combustão que ocorre no interior do equipamento, bem como a evolução do código de programação para acoplar mecanismos de reação de cinética química detalhada seriam de grande valor científico, sendo sugestão para trabalhos futuros.

Burners that use porous media are a relatively recent technology that shows promising advantages in comparison to other burn processes, such as excellent performance, flame stability, low pollutant emission levels e wide available power ranges. This work studies numerically different operation modes of a porous burner, analyzing the effects upon variation of operation parameters like power and excess air ratio. Mixtures of air and methane are used as work fluid. The porous matrix is composed of alumina (Al2O3). The programming code is written on Fortran language, uses SIMPLE algorithm on its mechanism and employs the finite volume method on its solution. Temperature profile data for different operation parameters was obtained for the burner. Different flame profiles have been stabilized inside the porous matrix, and homogeneous flows that fill all the geometry have been observed. It has been also observed that the analysis of different geometries and structures of these burners would enrich the study of combustion and flow process that happens inside the equipment, as well as evolving the program code to couple detailed chemical kinetics mechanisms represent be of great scientific value, being that a suggestion for future works on this subject.