Υπολογιστική διερεύνηση της επίδρασης της μεταφοράς θερμότητας στην περιοχή σταθεροποίησης προαναμεμειγμένων φλογών μεθανίου-υδρογόνου υπό συνθήκες χαμηλών αριθμών Reynolds

• Κύριος συγγραφέας: Βεντίστα, Ευαγγελία
• Άλλοι συγγραφείς: Ventista, Evangelia
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Σταθεροποίηση φλόγας; Μίγματα μεθανίου-υδρογόνου; Συζευγμένη μεταφορά θερμότητας; Φλόγες προανάμιξης; Flame stabilization; Methane-hydrogen mixtures; Conjugate heat transfer; Premixed flames

Το φυσικό αέριο αποτελεί το καθαρότερο ορυκτό καύσιμο, με ομοιόμορφα κατανεμημένα αποθέματα ανά τον κόσμο, το οποίο δέχεται μικρή επίδραση των διακυμάνσεων των τιμών της αγοράς. Μεταξύ υγρών και στερεών υδρογονανθράκων, πρόκειται για το καύσιμο με τις χαμηλότερες εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Ως εκ τούτου, ακόμη και οι μειωμένες αυτές τιμές έχουν σημαντικό αντίκτυπο στην ατμοσφαιρική μόλυνση. Στον αντίποδα, εναλλακτικά καύσιμα , όπως το υδρογόνο, δεν συνοδεύονται από εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα κατά την καύση τους, ωστόσο η χρήση τους υφίσταται περιορισμούς , αναφορικά με την ασφάλεια και την πρακτικότητα μεταφοράς και αποθήκευσής τους. Η βιομηχανία της καύσης αντιμετωπίζει καθημερινά νέες προκλήσεις, με στόχο την αύξηση της απόδοσης, της αξιοπιστίας και της ευελιξίας των διατάξεων, σε συμφωνία με την μείωση των εκλυόμενων ρύπων, με την προσοχή να έχει στραφεί στην καύση μιγμάτων εναλλακτικών και ορυκτών καυσίμων. Η παρούσα εργασία αφορά την μελέτη της επίδρασης την συζευγμένης μεταφοράς θερμότητας μεταξύ φλόγας και φλογοσταθεροποιητή στην θέση αγκίστρωσης, για προαναμεμειγμένες φλόγες, μίγματος καυσίμου μεθανίου-υδρογόνου, υπό χαμηλούς αριθμούς Reynolds. Η διερεύνηση πραγματοποιείται μέσω επτά διαφορετικών προσομοιώσεων, για την ίδια διάταξη, μεταβάλλοντας κάθε φορά την συνθήκη ανταλλαγής θερμότητας μεταξύ φλόγας και σταθεροποιητή, την ταχύτητα εισόδου, την περιεκτικότητα υδρογόνου στο καύσιμο και τον λόγο ισοδυναμίας του μίγματος καυσίμου-αέρα. Εξετάζονται οι περιπτώσεις κλάσματος υδρογόνου στο μίγμα καυσίμου ξ ίσο με 0, 0.2 και 0.4, για λόγους ισοδυναμίας επιλεγμένους έτσι ώστε η ταχύτητα διάδοσης μετώπου της στρωτής φλόγας να παίρνει τις τιμές 19.1 cm/s και 10.4 cm/s. H ταχύτητα εισόδου του προαναμεμειγμένου μίγματος καυσίμου-αέρα θα έχει μέτρο 0.5m.s και 1m/s, σε κάθε περίπτωση, ενώ το μίγμα θα προσέρχεται σε θερμοκρασία 300Κ. Για την μοντελοποίηση της ροής επιλέχθηκε το Laminar μοντέλο, ενώ για τη μοντελοποίηση της καύσης έγινε επιλογή του μοντέλου Species Transport, με μηχανισμό 35 στοιχείων. Όλες οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν στο εμπορικό πακέτο Ansys Fluent.