Simulación numérica de una llama laminar difusa de metano-aire

Abstract

La dramática visibilización de los efectos del cambio climático ha despertado un creciente interés sobre el impacto de las emisiones de gases de efecto invernadero y otros gases destructores de la capa ozono, resultando en regulaciones sucesivamente más estrictas sobre la eficiencia y las emisiones de todo equipo operando con combustibles fósiles. En consecuencia, incrementar la eficiencia energética y reducir la tasa de emisiones contaminantes es hoy en día una prioridad para la industria y en ese orden de ideas, la Dinámica Computacional de Fluidos (CFD) se ha expandido rápidamente hasta convertirse en una herramienta indispensable, capaz de proveer información cuantitativa y cualitativa más rápido que cualquier otra técnica de experimentación. La CFD ha evolucionado dramáticamente junto con la velocidad de cómputo de los microprocesadores, haciendo posible la simulación de múltiples fenómenos físico-químicos acoplados como los que se presentan en la combustión de hidrocarburos. En este trabajo se presenta un algoritmo basado en el método de los volúmenes finitos para la solución numérica de los perfiles de temperatura, presión, velocidad, densidad y concentración de las especies mayores involucradas en la combustión de metano, en una llama laminar nopremezclada en flujo paralelo. El modelo implementado es también conocido como “mixed-is-burnt” o “conserved-scalar approach”, y permite una simplificación razonable del sistema de ecuaciones diferenciales resultante, preservando los aspectos fundamentales del fenómeno a simular. El modelo presentado en este trabajo fue validado comparando las alturas predichas numéricamente para 16 llamas con parámetros seleccionados a priori, con los resultados de una correlación teórica calibrada con parámetros experimentales provista por Roper et.al.[20,21]. Los resultados de ambos métodos concuerdan satisfactoriamente. También se comparó la temperatura promedio de cada llama con la temperatura de llama adiabática basada en la relación de equivalencia global, los resultados de ambos modelos para esta segunda validación también concuerdan satisfactoriamente.