Modelagem numérica do escoamento reativo com rotação em uma fornalha cilíndrica

Abstract

O desenvolvimento de queimadores de baixo NOx é baseado na compreensão da interação entre a cinética química da combustão e o campo do escoamento. Escoamentos rotacionais (swirling flows) são caracterizados pela presença de gradientes de pressão radiais e axiais, e tem sido aplicados como técnica de combustão para a minimização desses poluentes. Neste trabalho é apresentada a modelagem numérica de uma câmara de combustão cilíndrica com queimador dotado com swirler de blocos móveis. O modelo, composto pela equação de continuidade, balanços da quantidade de movimento em três dimensões, o transporte da energia cinética turbulenta e da vorticidade, transporte de espécies químicas e energia, foi implementado numericamente sob a plataforma computacional Fluent. A câmara foi simulada considerando propano combustível e os resultados comparados a dados experimentais de uma câmara cilíndrica operada com GLP. Como principal resultado foi possível identificar a ocorrência da ZCR no escoamento e a influência do número de swirl sobre as características da combustão.

The development of low NOx burners is based on the comprehension of the interaction between combustion kinetics and flow field. Swirling flows are characterized by radial and axial pressure gradients, which improve the recirculation of the hot products into the flame region, and then enhance the combustion efficiency have being proposed as a mean to reduce NOx emissions from these equipment’s. This work presents the numerical modeling of cylindrical combustion chamber equipped with movable blocks burner. The model includes the continuity equation along with the 3D momentum balance equations, the k-ω shear stress transport turbulence model equations, the energy balance and the equations for transport chemical species. Results of the simulation of the swirling reactive flow in the combustion chamber, performed using Fluent CFD package, are validated by comparison with experimental data obtained elsewhere. As a main result, it was possible to identify the occurrence of a CRZ in the flow and to discuss the influence of the swirl number on the combustion characteristics.