Modelado computacional Reynolds-Averaged Navier-Stokes flamelets para el estudio del proceso de combusti´on turbulenta de sprays

Abstract

En el presente trabajo es aplicada una técnica numérica 2D acoplada de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) para reproducir, estudiar y analizar los proceso de combustión turbulenta de sprays. El método utilizado es el Promediado de los Esfuerzos de Reynolds de las Ecuaciones de Navier-Stokes (RANS) acoplado al modelo de combustión de flamas en contraflujo (flamelets) a través de una función de densidad probabilística (PDF) definida por el usuario. La correcta simulación del proceso de combustión está basada en el modelo experimental desarrollado por el NIST y los resultados experimentales reportados por Widmann y Presser [1]. Los resultados obtenidos de la simulación son comparados con los resultados experimentales de velocidad a 9.5 y 17.6 mm del inyector en la dirección axial. Estos resultados muestran correspondencias cerradas con los datos experimentales de los perfiles de velocidades radial, axial y tangencial a lo ancho de la cámara de combustión en el intervalo de 14 a 50mm. Además de la velocidad del flujo también se compara la distribución, tamaño y velocidad de las gotas de combustible, así como la composición de los gases de escape en relación a los NOx que se producen. De acuerdo a los resultados la diferencia en la distribución de gotas sobre el ángulo de dispersión del spray afecta al resto de características del spray. La diferencia en el diámetro promedio de Sauter sugiere que posiblemente la velocidad de evaporación de las gotas de mayor tamaño es sobreestimado. Finalmente se confirma que, dada la suposición sobre la velocidad de reacción rápida, el modelo de combustión predice que la combustión es prácticamente completa, aunque se tengan gotas cuya evaporación se logra más allá de la zona de reacción.