Ingeniero

Área de Mecánica de Fluidos

CURSO 2006-07

PRÁCTICAS DE
FLUIDODINÁMICA COMPUTACIONAL
PRÁCTICA Nº 9 - FLUENT
SIMULACIÓN DE LA COMBUSTIÓN
GASEOSA EN UN QUEMADOR
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DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
GENERACIÓN DE LA GEOMETRÍA EN GAMBIT
GENERACIÓN DEL MALLADO EN GAMBIT
CONDICIONES DE CONTORNO Y EXPORTACIÓN DESDE GAMBIT
INICIALIZACIÓN DEL CASO EN FLUENT
RESOLUCIÓN YANÁLISIS DE RESULTADOS
EJERCICIOS PROPUESTOS

PRÁCTICA No. 9 - FLUENT
SIMULACIÓN DE LA COMBUSTIÓN GASEOSA EN UN QUEMADOR

Área de Mecánica de Fluidos

1.- DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA
En esta práctica se va a considerar la modelización con FLUENT de una cámara de
combustión cilíndrica. Los objetivos que se plantean son los siguientes:
Introducción a los problemas de mezcla y combustióngaseosa con herramientas CFD.
Estudio de la llama de difusión turbulenta en un quemador axisimétrico de metano/aire.
Selección de diversos modelos para la resolución:
o Elección del modelo para la fracción de mezcla y la reacción química.
o Calor específico constante y variable
Postproceso de los resultados.
Problema tipo.
Vamos a considerar una cámara de combustión cilíndrica como la que semuestra en un
corte en la figura 1. Un chorro de metano penetra en la cámara a una temperatura de 300 K y una
velocidad de 80 m/s a través de una pequeña tobera cilíndrica. Coaxialmente penetra por su exterior
un chorro de aire a 300 K y 0.5 m/s. Dado que el número de Reynolds basado en el chorro de
metano a la entrada de la cámara es Re ∼ 28000, y que las corrientes de ambos gases no estánpremezcladas, se formará una llama de difusión turbulenta, cuyo estudio es el objetivo de la
práctica.
La combustión del sistema metano/aire será tratada usando un modelo de química finita,
mediante una reacción global de un paso, de la forma: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Supondremos
que hay conversión total del combustible a CO2 y H2O. Para definir las reacciones debemos
especificar los coeficientesestequiométricos, las entalpías de formación y los parámetros que
controlan la velocidad de reacción.
Una buena aproximación para combustión turbulenta es considerar que la velocidad viene
determinada por la mezcla turbulenta de ambos gases. Estamos suponiendo que la velocidad de
reacción es mucho mayor que la velocidad característica de los torbellinos turbulentos que provocan
la mezcla. Portanto, en esta aproximación se ignora la cinética química y se supone que la reacción
se produce instantáneamente una vez que combustible y comburente entran en contacto. En
FLUENT disponemos de dicho modelo de reacción limitada por la mezcla turbulenta bajo el
nombre de eddy dissipation model.
Paredes adiabáticas, 300K

Aire
T=300K
U=0.5 m/s

0.225 m

4 mm

Metano
T=300K ; U=80 m/sBujía

Eje axisimétrico

10 mm
1.8 m
Fig. 1. Esquema del problema.
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PRÁCTICA No. 9 - FLUENT
SIMULACIÓN DE LA COMBUSTIÓN GASEOSA EN UN QUEMADOR

Área de Mecánica de Fluidos

2.- GENERACIÓN DE LA GEOMETRÍA EN GAMBIT
Estrategia a seguir para crear la geometría.
Para simular el dominio del quemador se creará una única superficie 2D. Para ello,
empezaremos creando los vértices(vertex) de los extremos. Se introducirán vértices adicionales en
la pared del fondo para garantizar que la malla sea ortogonal. A continuación se unirán los vértices
correspondientes mediante líneas para crear los lados (edges) del rectángulo. Por último, crearemos
la superficie (face) que corresponde al área encerrada por los lados. En el punto 3 de esta guía se
mallará la superficie delrectángulo.
En casos tridimensionales, antes de mallar habría que generar volúmenes a partir de las
superficies. Por tanto, nótese la estructura jerárquica que presenta el programa: vertex -> edges ->
faces -> volumes.
Crear un directorio de trabajo.
Ha de crear una carpeta “Quemador” dentro del subdirectorio que sea conveniente.
Utilizaremos esa carpeta de trabajo para almacenar los archivos...