I campi di combustione a basso profilo pongono notevoli problemi di progettazione, tra cui fiamme allungate, un'adeguata alimentazione d'aria alle punte dei bruciatori situate sulle file interne e un elevato flusso di radiazioni dalla fiamma alla barriera frangivento circostante. Il lavoro svolto di recente dagli ingegneri di Alion Science and Technology per Zeeco, Inc. si è concentrato sull'analisi delle prestazioni di una punta di bruciatore proprietaria utilizzata in grandi torce di gas a basso profilo, con più di 400 punte di bruciatore impacchettate insieme in una configurazione di tubazioni a stadi circondate da una barriera antivento appositamente progettata. Questo documento presenta i risultati dell'analisi CFD di questa torcia di gas e illustra la capacità dello strumento CFD di simulare la formazione di fuliggine, il flusso radiante, la forma della fiamma e l'altezza della fiamma per campi di torcia a basso profilo su scala industriale. Questo lavoro è stato completato in concomitanza con i test di torcia in cui l'etilene è stato sparato attraverso le punte dei bruciatori. I dati raccolti durante le prove di brillamento comprendono video, flusso radiante e suono. I risultati dei test sono stati utilizzati per calibrare il modello di combustione e per convalidare le previsioni della CFD relative all'altezza della fiamma e alla richiesta d'aria. Su questa base, sono state fornite le previsioni dell'altezza della fiamma e del fabbisogno d'aria per due casi di brillamento completo. Inoltre, sono state fornite stime del flusso radiante verso la barriera frangivento circostante.
INTRODUZIONE
È stata eseguita una serie di calcoli sulle prestazioni della torcia. Lo scopo dei calcoli era quello di prevedere il fabbisogno d'aria in varie condizioni. Inoltre, è stato determinato anche il profilo di radiazione termica intorno alla torcia. Lo strumento principale di fluidodinamica computazionale (CFD) utilizzato in questa analisi è stato ISIS-3D [1, 2, 3]. In precedenza, ISIS-3D è stato utilizzato in diverse analisi di incendi di piscine per prevedere le prestazioni termiche dei pacchetti [4]. Più recentemente, ISIS-3D è stato applicato all'analisi dei brillamenti. In questa applicazione, sono stati implementati nuovi modelli di combustione per gestire nuove miscele di combustibili, tra cui propano ed etilene. I modelli di combustione e di irraggiamento sono stati confrontati con le misure di dimensione, forma e irraggiamento della fiamma misurate durante i test a bruciatore singolo e a più bruciatori in condizioni ambientali di assenza di vento e di vento debole.
Il modello CFD comprendeva diversi dettagli a seconda del caso in esame. Per il caso di un singolo bruciatore è stato selezionato un dominio di calcolo di 6 m x 6 m x 30 m. Per un caso con più bruciatori è stato selezionato un dominio di 35 m x 35 m x 25 m. Per il campo completo, il dominio di calcolo è stato esteso di 10 m oltre la barriera del vento che circonda l'intero campo di combustione.
Calcoli a tutto campo
Sono stati eseguiti quattro calcoli a tutto campo che rappresentano un caso di picco di flusso e un caso di gas misto sostenuto senza vento laterale. Questi calcoli avevano una densità di maglia di oltre 700.000 celle per il caso di gas misto e di 1.200.000 per il caso di picco di flusso. Il dominio fisico simulato si estendeva per 10 metri oltre il perimetro della recinzione in tutte le direzioni, con un'altezza complessiva di 25 m. I risultati di questi casi sono stati utilizzati per valutare il fabbisogno totale di aria per la torcia e il flusso di radiazioni in due punti centrali della recinzione antivento.
CONCLUSIONI
Il lavoro presentato in questo documento documenta un'analisi della fiamma transitoria per la torcia multi-punta a basso profilo. Gli obiettivi di questo lavoro includono la previsione del fabbisogno totale di aria e dell'altezza di fiamma prevista per un caso di flusso sostenuto e un caso di picco di flusso di etilene. Il modello CFD ISIS-3D è stato utilizzato per eseguire le simulazioni al computer per una prova con un singolo bruciatore e una prova con tre bruciatori per verificare le previsioni del modello. Sulla base della verifica del modello, è stato simulato l'intero campo. Sono state effettuate simulazioni dell'intero campo, compresi tutti i bruciatori del campo di combustione e la recinzione circostante. Le previsioni di ISIS-3D indicano che attraverso la recinzione viene convogliata una quantità d'aria sufficiente a impedire che la fiamma si estenda oltre la sommità della recinzione e che generi fumi degni di nota per il caso di picco di flusso, considerato il caso limite. I flussi di radiazione verso la barriera frangivento sono previsti fino a 100.000 W/m2.
Scarica il documento tecnico