Analisi nummerica di processi di combustione mild operanti con combustibili liquidi

Lo scopo di questo lavoro di tesi è stato quello di proporre un modello in grado di simulare il comportamento di un reattore di combustione mild multifase, ossia con iniezione diretta di spray di combustibile. Dato l’elevato numero di equazioni che caratterizzano questo sistema si è resa necessaria l’implementazione di un codice di calcolo CFD (Computational Fluid Dinamics) per la definizione dei campi di moto, di temperatura e di composizione all’interno del reattore. Per effettuare la risoluzione numerica delle equazioni di conservazione, il sistema è stato rappresentato tramite una griglia tridimensionale tale da discretizzare il dominio di calcolo mediante il modello dei volumi finiti. Inoltre è stato utilizzato uno schema cinetico dettagliato che si è rivelato fondamentale per descrivere ossidazione e pirolisi del combustibile. Il reattore oggetto di studio prevede l’alimentazione, oltre all’aria comburente, di n-eptano liquido come combustibile: questo ha comportato lo studio di un sistema bifasico liquido/gas ed ha posto il problema della nebulizzazione delle gocce di liquido e della loro evaporazione. Il sistema preso in esame ha però evidenziato un’evaporazione pressochè istantanea e completa delle gocce rendendo i risultati indipendenti dal modello di nebulizzazione utillizzato. Inoltre, date le condizioni fluidodinamiche di scarsa turbolenza del reattore sperimentale preso in esame, è stato necessario adottare un modello di turbolenza k-ω che incorpora alcune modifiche riguardanti gli effetti dovuti ai bassi numeri di Reynolds. Per quanto riguarda il modello di interazione chimica-turbolenza il modello EDC ha fornito risultati migliori in quanto il sistema approssima le condizioni di partially-stirred reactor a causa dell’esteso allargamento della zona di reazione. Attraverso l’ottimizzazione dei parametri che caratterizzano il modello EDC è stato successivamente possibile affinare i risultati ottenendo un buon accordo con i dati sperimentali a disposizione.