Dinamica De Fluidos Computacional

Área de Mecánica de Fluidos

CURSO 2006-07

PRÁCTICAS DE FLUIDODINÁMICA COMPUTACIONAL
PRÁCTICA Nº 9 - FLUENT SIMULACIÓN DE LA COMBUSTIÓN GASEOSA EN UN QUEMADOR
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 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 Y ANÁLISIS DERESULTADOS 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 combustión gaseosa con herramientasCFD. 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 se muestra en un corte en la figura1. 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 están premezcladas, se formará una llama dedifusión 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 coeficientes estequiométricos, las entalpías deformación 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. Por tanto, en esta aproximación se ignora lacinética 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 Metano
T=300K ; U=80 m/s

4 mm

Bujía

Eje axisimétrico

10 mm 1.8 m Fig.1. Esquema del problema. 1

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 vérticesadicionales 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 del rectángulo. En casos tridimensionales, antes de mallar habría quegenerar 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 y resultados que se vayan generando a lo largo de esta sesión....