Evaluación numérica de modelos de combustión turbulenta usando herramientas computacionales de código abierto en un quemador tipo bluff-body

Abstract

La combustión representa una de las principales fuentes de generación de energía en el mundo en la actualidad y lo seguirá siendo en los próximos años debido al creciente consumo energético mundial. A pesar de todas sus ventajas, la combustión trae consigo el problema de la contaminación ambiental, debido a los gases y partículas nocivas producidas durante las reacciones químicas. Por ello estudios continuos son requeridos para hacerla cada vez más eficiente y menos dañina para el medio ambiente y la salud humana. El presente trabajo tiene como objetivo principal estudiar llamas turbulentas difusivas en un quemador tipo bluff-body usando herramientas computacionales de dinámica de fluidos computacional (CFD) de código abierto. El modelamiento numérico es realizado utilizando abordajes del tipo Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) y Large Edyy Simulation (LES). La interacción entre las reacciones químicas y la turbulencia es descrita con los modelos de combustión Eddy Dissipation Concept (EDC) y Flamelet Progress Variable (FPV), en conjunto con el mecanismo de cinética química GRI-MECH 3.0. Modelos particulares de turbulencia considerados incluyen el modelo RANS k-omega y LES WALE. Finalmente, los resultados son comparados y validados con datos experimentales disponibles en la literatura de campos de velocidad, tensores de Reynolds y perfiles de OH. El principal aporte de este trabajo es la evaluación a detalle de los modelos de combustión EDC-RANS y FPV-LES para posteriormente determinar si pueden ser considerados en un marco numérico, actualmente en desarrollo, capaz de modelar la formación de hollín en sistemas de combustión presentando fuertes interacciones entre turbulencia, reacción química y formación de hollín.