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Estudo CFD para obtenção de linhas orientadoras para o retrofitting de queimadores de gás natural para misturas com hidrogénio

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Resumo(s)

A dissertação contempla o estudo numérico do queimador Cambridge Stratified Swirl Burner, através da ferramenta ANSYS FLUENT 18.2, com o objetivo de obter linhas orientadoras para o retrofitting deste equipamento, da queima de CH4 puro para a queima de H2 ou misturas. Este queimador tem pré-mistura e mecanismos de estabilização de chama do tipo bluff-body e swirl, mas não tem câmara de combustão. Dado ser um queimador aberto, realizou-se um estudo comparativo com a teoria de jatos livres. Realizou-se, também, um estudo de independência de malha. A queima de CH4 puro ocorreu com sucesso, e os resultados foram validados com base em resultados da literatura. A queima de misturas de H2 e CH4 foi obtida com sucesso para percentagens de H2 a oscilar entre os 2% e os 80%. Estudou-se, por último, o impacto da variação da velocidade de injeção de misturas no comportamento da chama. Concluiu-se que a adição de H2 aumenta o tamanho e temperatura da chama e que a fração mássica máxima de CO2 apenas se reduz quando é adicionado mais de 40% de H2. Concluiu-se que a variação da velocidade axial não é suficiente para igualar as propriedades da chama de misturas de hidrogénio à original de CH4.
This dissertation looked at the numerical study of the Cambridge Stratified Swirl Burner using the ANSYS FLUENT 18.2 software, searching for guidelines for the retrofitting of this equipment, from the burning of pure CH4 to the burning of H2. This is an open burner with premixing and flame stabilization mechanisms through bluff-body geometry and swirl. As it is an open burner, a comparative study was carried out with the free jet theory. An independence mesh study was carried out. The CH4 pure combustion was atchieved with success, and the results were validated with the literature. The burning of mixtures of H2 and CH4 was successfully achieved with percentages of H2 ranging from 2% to 80%. It was studied the impact on the flame behavior with the variation of the injection speed of the mixtures. It was concluded on this study, that the addition of H2 increases the size and tempera- ture of the flame and that the maximum mass fraction of CO2 is only reduced when more than 40% of H2 is added. It was concluded that varying the axial velocity is not enough to match the flame properties of mixtures to the original CH4 flame.

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Palavras-chave

Queimador Pré-mistura Combustão Hidrogénio Metano Simulações Numéricas

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