Estudio y validación de un modelo de combustión de un quemador de flujo rotante, analizando la influencia de la radiación y emisiones de NOx

Abstract

Los quemadores de flujo rotante de gas natural son ampliamente utilizados en la actualidad, ya que presentan una serie de ventajas respecto a otro tipo de quemadores, como reducción de consumos, mantenimientos y emisiones contaminantes. En este trabajo se ha realizado un análisis CFD de dicho quemador, partiendo de un modelo de mezcla sin reacción, y simulando la combustión utilizando para ello el modelo de combustión EDC y el modelo PDF, seleccionando finalmente el PDF para realizar el resto de simulaciones. Seguidamente, y ante la falta de antecedentes que lo hubieran realizado previamente, se ha realizado un estudio de la influencia de la radiación sobre dicho modelo PDF, viendo que ésta sí que afecta en gran medida a los resultados, lo que resalta el carácter innovador de este trabajo. A continuación, se ha realizado un análisis de las emisiones de NOx de dicho modelo, algo que nuevamente no había realizado ningún antecedente de este trabajo, y se ha comprobado la importancia que tiene la temperatura en la generación de dichas emisiones. Posteriormente, se ha validado el modelo de mezcla sin reacción con los resultados experimentales de Roback & Johnson, y se han comparado los resultados del modelo de combustión PDF con dichas medidas experimentales, explicando el porqué de sus diferencias. Por último, también se han comparado los resultados de este estudio con los obtenidos numérica o experimentalmente por otros autores, viendo cómo las diferentes configuraciones de quemadores afectan en gran medida a los resultados.

Natural gas rotary flow burners are widely used nowadays, since they present a series of advantages over other types of burners, such as reduced consumption, maintenance and polluting emissions. In this paper, a CFD analysis of this burner has been carried out, starting from a mixture model without reaction, and simulating the combustion using the EDC combustion model and the PDF model, finally selecting the PDF to continue with the rest of the simulations. Next, and in view of the lack of background information, a study of the influence of radiation on this PDF model has been done, and it has been seen that this does affect the results to a great extent, which highlights the innovative nature of this work. Subsequently, an analysis of the NOx emissions from this model have been carried out, something that had not been done previously in this work area, and the importance of temperature in the generation of these emissions was verified. Afterwards, the unreacted mixture model was validated with the experimental results of Roback & Johnson, and the results of the PDF combustion model were compared with these experimental measurements, explaining the reasons for their differences. Finally, the results of this study have also been compared with those obtained numerically or experimentally by other authors, seeing how the different burner configurations affect the results to a great extent.