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Wind Load Analysis on a High-rise Square-plan Building

January 2014 (has links)
abstract: Buildings and other structures, all components and cladding thereof, shall be designed and constructed to resist the wind loads are required in all wind codes. Simple quasi-static treatment of wind loads, which is universally applied to design of low to medium-rise structures, can be either overly conservative or erroneous under-estimated for design of high-rise structures. Dynamic response, vortex, wind directionality, and shedding from other structures are all complicated key factors suppose to be considered in design. Meanwhile, wind tunnel testing is expansive, difficult and sometimes inaccurate even if it is a widely used method in simulation of aerodynamic response. Computational Fluid dynamics (CFD), historically, were two-dimensional (2D) method using conformal transformations of the flow about a cylinder to the flow about an airfoil were developed in the 1930s. A number of three-dimensional (3D) codes were developed, leading to numerous commercial packages, which is more accessible and economical for wind load analysis. / Dissertation/Thesis / Masters Thesis Civil and Environmental Engineering 2014
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Estudo da fase térmica do processo Claus utilizando fluidoninâmica computacional. / Claus process thermal fase study using CFD.

Joaquim Marques Filho 16 July 2004 (has links)
Nos últimos anos, as legislações ambientais têm se tornado mais rigorosas em relação aos limites de emissão de dióxido de enxofre, provenientes das refinarias de petróleo e das industrias químicas. A recuperação de enxofre, através do processo Claus, é o padrão da industria na redução das emissões de SO2 de efluentes gasosos ricos em H2S. Basicamente o processo consiste de duas etapas em série: uma térmica e outra catalítica. A cinética do processo é limitada, devido à natureza de suas reações principais que tendem ao equilíbrio, por isto, uma unidade de recuperação de enxofre com três reatores catalíticos, por exemplo, tem uma capacidade teórica de recuperar 98% de enxofre do gás ácido. A fase térmica do Processo Claus, é responsável por 60 a 70% da conversão total de enxofre, mas apesar disto, tem sido pouco estudada e ainda hoje a maior parte dos modelos disponíveis para projeto de novas plantas ou otimização das existentes, são baseados em relações de equilíbrio ou em equações empíricas. Esses modelos têm se mostrados insuficientes para atender às novas exigências de eficiência das unidades de recuperação de enxofre, uma vez que não consideram fatores fluidodinâmicos e as limitações cinéticas das reações envolvidas nos processo de combustão. O objetivo deste trabalho é o estudo da fase térmica do Processo Claus, utilizando como técnica de modelagem a fluidodinâmica computacional (CFD), através do programa CFX-5.6. Também são incorporados os mais recentes avanços na modelagem cinética das reações: Claus, oxidação e pirólise do H2S, formação de COS e CS2. Para isto, são modelados 4 tipos diferentes de queimadores, operando em câmaras de combustão de mesmo tamanho e nas mesmas condições de processo. / Over the last years the environmental legislations have become more severe with respect to the limits of SO2 emission that are produced by the petroleum refining and chemical industries. The sulphur recovery, through the Claus process, is the industrial standard reducing the SO2 emission in the effluents gases that are rich in H2S . Basically, the process is composed by two sequential phases: one is thermal, and the other one is catalytic. The process kinetics are limited, due to the intrinsic nature of the main reactions to tend to the equilibrium, therefore, a sulphur recovery unit with three catalytic reactors, for instance, has the theoretical capacity to recover 98% of the sulphur from the acid gas. The thermal phase of the Claus process is responsible for 60 to 70% of the total sulphur conversion, however, it has not been fully investigated, and up to now, most of the existent models for designing new plants or optimisation of the current ones, are based in equilibrium reactions or empirical equations. These models have been insufficient to meet the new efficiency requirements of the sulphur recovery plants, as far as fluid dynamic factors and kinetic limitations of the reactions involved are not considered in the combustion process. The objective of this work is to study the thermal phase of the Claus process, using computational fluid dynamics (CFD) as a modelling technique through CFX-5.6 software. In addition, the most recent advances in kinetics modelling of the reactions are also incorporated: Claus reaction, oxidation and pyrolysis of the H2S, formation of COS and CS2. Four different types of burners are simulated, with a combustion chambers of the same size and even processing conditions.
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Desenvolvimento de um modelo geométrico detalhado para a modelagem termoidráulica de sistemas nucleares, do tipo leito de bolas

ROJAS MAZAIRA, Leorlen Yunier 20 October 2016 (has links)
Submitted by Rafael Santana (rafael.silvasantana@ufpe.br) on 2018-02-01T18:17:15Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Leorlen_TeseDout_Final.pdf: 6669399 bytes, checksum: 4f46335bd7455730a36a93a7e27b55a5 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-02-01T18:17:15Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) Leorlen_TeseDout_Final.pdf: 6669399 bytes, checksum: 4f46335bd7455730a36a93a7e27b55a5 (MD5) Previous issue date: 2016-10-20 / CAPES / A tecnologia VHTR (do inglês Very High Temperature Reactor, Reator de Temperatura Muito Elevada) representa o próximo estágio na evolução dos reatores HTGR (do inglês High Temperature Gas-Cooled Reactor, Reator de Alta Temperatura Refrigerado a Gás). Moderados a grafite e refrigerados a hélio, os sistemas VHTRs podem ser usados para a cogeração de calor e de eletricidade com temperaturas de saída entre 700 e 950 ºC, e potencialmente com mais de 1.000 ºC no futuro. A temperatura do combustível durante toda a operação do reator é um aspecto muito importante para a segurança dos reatores nucleares, no projeto deseja-se que seja menor que um valor limite para garantir a integridade dos materiais do elemento combustível evitando a liberação de produtos de fissão. O TADSEA (Transmutation Advanced Device for Sustainable Energy Applications) é um VHTR do tipo leito de bolas, projetado para atingir uma queima profunda dos elementos transurânicos, a produção colateral de energia e a obtenção de altas temperaturas para produzir hidrogênio. O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma metodologia para a análises termoidráulica do núcleo de reatores do tipo leito de bolas de muito alta temperatura, baseada no uso de uma abordagem realística com um código de Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD). Inicialmente, usando o modelo realístico da coluna com altura inteira do reator HTR-10 com células FCC e BCC, foram comparados os resultados obtidos com dados experimentais e de simulação para a primeira tarefa de referência do HTR-10 disponibilizados pela IAEA (2013) para validação do modelo. No reator TADSEA, foram comparados resultados dos projetos inicial e atual do núcleo com uma coluna com a altura completa do reator na região de maior potência. A partir dos resultados o projeto inicial não tem margem de segurança suficiente para casos de perda de refrigerante. Nas simulações do projeto atual do TADSEA as temperaturas máximas atingidas foram muito inferiores ao limite. E os resultados de casos de perda de refrigerante mostram que com 45% do fluxo mássico é atingida uma temperatura apenas 30 K abaixo do limite. / The VHTR (Very High Temperature Reactor) technology represents the next stage in the evolution of reactors HTGR (High Temperature Gas-Cooled Reactor). Moderated by graphite and cooled by helium, VHTRs systems can be used for cogeneration of heat and electricity with outlet temperatures from 700 to 950 ºC, and potentially more than 1.000 ºC in the future. The fuel temperature during all the reactor operation is a very important issue for the safety of nuclear reactors, in the design is desired that it is smaller than a limit value to ensure the integrity in the materials of the fuel element preventing the release of fission products. The TADSEA (Transmutation Advanced Device for Sustainable Energy Applications) is a VHTR pebble bed type. It is designed to achieve deep burning levels in the fuel, the power generation, and to obtain high temperatures to produce hydrogen. The aim of this study is the development of a methodology for the core termohydraulics analysis of pebble bed reactors with very high temperature based in the use of a realistic approach with a code of Computational Fluid Dynamics (CFD). First, using the realistic approach with an entire column height of HTR-10 reactor using FCC and BCC cells, the results obtained were compared with experimental and simulation data of HTR-10 Benchmark available from IAEA (2013) for model validation. In TADSEA reactor were compared the results of initial and current core designs with a column with the full height of the reactor in the higher power region. From the results of the initial design, it does not have sufficient safety margin in case of coolant loss. In the simulations of the current TADSEA design the maximum temperatures were much lower than the limit. And the results of coolant loss cases show that with 45% of the mass flow is achieved temperatures just 30 K below the limit.
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Análise via CFD de um Combustor Industrial Utilizado no Processamento Térmico de Pelotas de Minério de Ferro.

BITTENCOURT, F. L. F. 16 December 2016 (has links)
Made available in DSpace on 2018-08-02T00:02:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_10444_Flávio Lopes Francisco Bittencourt.pdf: 4150669 bytes, checksum: 3a0e0fe3ddb584b9889cf304cb62e145 (MD5) Previous issue date: 2016-12-16 / A mineração desempenha um importante papel no cenário econômico nacional, com a presença de inúmeras reservas. Porém, o ferro, da forma como é extraído dessas jazidas, não é propício para utilização direta na indústria, devendo passar por atividades de beneficiamento como a aglomeração de finos e formação de pelotas. O processamento térmico das pelotas de minério é largamente utilizado, pois além de proporcionar reaproveitamento dos finos de minério, concede às pelotas propriedades físicas e metalúrgicas necessárias às operações em alto-forno. Para que essas transformações ocorram é utilizado o processo de combustão de gases, com intuito de fornecer calor e produtos de combustão com potencial redutor para transformar as pelotas. O problema encontra-se na complexidade dos processos térmicos existentes em fornos e combustores industriais, que associada à falta de controle comumente observada nas plantas, acaba resultando em gastos excessivos de combustível. No presente trabalho foram realizadas simulações computacionais utilizando o software de simulação ANSYS FLUENT para modelar um combustor presente em uma planta industrial cujo combustível utilizado é o Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). Foram analisadas características da chama como perfil de temperatura, comprimento de chama, taxa de formação de produtos e velocidade de chama turbulenta. Duas geometrias para o combustor foram estudadas: uma considerando seção de saída livre e uma com a presença de estricção. Os resultados mostraram que a redução abrupta do diâmetro de saída influencia diretamente na formação da chama, tornando-a mais fina e estreita devido a ação de vórtices na entrada e na saída do combustor. Foi possível determinar a espessura da zona de reação química para as duas situações, caracterizando-a como uma região estreita, como era esperado. A velocidade turbulenta de chama foi determinada para as duas geometrias, notando-se diferenças para os casos.
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Modelagem da dispersão de material particulado na atmosfera a partir de fontes estacionárias utilizando fluidodinâmica computacional. / Dispersion modelling of atmospheric particualte matter from fixed sources using computational fluid dynamics.

Ana Maria Mosquera Gómez 11 August 2017 (has links)
Neste trabalho propõe-se uma análise da dispersão de material particulado gerado por fontes estacionárias, aplicando ferramentas de Fluidodinâmica Computacional (em inglês Computatonal Fluid Dynamics, CFD), usando um modelo Euleriano para o escoamento e Lagrangeano para as partículas, em estado estacionário no software Fluent. A verificação da modelagem é apresentada em duas sessões, a primeira compreende o estudo do escoamento atmosférico em condições de estabilidade neutra incluindo os efeitos das heterogeneidades do terreno, no caso, um monte de 126m de altura em escala real. Foram comparados diferentes modelos de turbulência: padrão, RNG e parametrizado para o caso atmosférico. Os três modelos apresentaram desempenho semelhante e descrevem satisfatoriamente as tendências dos dados experimentais. A segunda, o modelo lagrangeano baseado no tempo de vida dos turbilhões (em inglês Discrete Random Walk, DRW) foi utilizado para representar a distribuição de concentrações de material particulado em um ambiente confinado. Os resultados numéricos descrevem satisfatoriamente os perfis de concentrações das partículas, porém subestimam os valores na região próxima à parede, o que indicaria que uma melhor aproximação da deposição das partículas deve ser considerada. Após estes estudos, esta abordagem euleriana-lagrangeana foi aplicada ao caso da dispersão de material particulado em condições de atmosfera neutra em uma região do Polo Cerâmico de Santa Gertrudes-SP, local responsável pela maior produção de revestimentos cerâmicos do Brasil. O trânsito de caminhões nas estradas não pavimentadas foi identificado como fonte de material particulado que atinge o perímetro urbano da cidade. Estudaram-se também as contribuições das atividades referentes à exploração das minas de argila e a preparação do solo para uso agrícola, apesar desta última não soma uma carga relevante ao ser comparada com as duas anteriores. Além da influência das fontes mencionadas, fontes de origem industriais localizadas dentro da cidade também foram consideradas no cenário. / In this study an analysis of the dispersion of particulate matter generated by stationary sources is proposed, by applying Computational Fluid Dynamics (CFD) tools, using an Eulerian model for the flow and a Lagrangean model for the particles, under steady-state conditions in the Fluent software. The model validation is presented in two sessions, the first comprises the study of the atmospheric flow under conditions of neutral stability, including the effects of the heterogeneities of the terrain. In this case, the air flow past a 126m high hill in real scale was adopted. Different turbulence models were compared: standard k-?, k-? RNG and parametrized k-?. The three models presented similar performance and described satisfactorily the trends of the experimental data. Subsequently, the Lagrangean model based on the Eddy life time (DRW - Discrete Random Walk) was used to represent the distribution of particulate matter concentrations in a confined environment. The numerical results satisfactorily describe the particle concentration profiles, but underestimate the values in the region near the wall, which would indicate that a better approximation of the particle deposition should be considered. After these studies, this Eulerian- Lagrangean approach was applied to the case of dispersion of particulate material under neutral atmosphere conditions in a region around the city of Santa Gertrudes-SP, where the Ceramic Complex is responsible for the largest production of ceramic tiles in Brazil. Transit of trucks on unpaved roads has been identified as a source of particulate matter that reaches the urban perimeter of the city. The contributions of the activities related to mining and the preparation of the soil for agricultural use were also studied, although this last one does not add a significant load when compared with the two previous ones. In addition to the influence of the mentioned sources, industrial sources located inside the city also contribute to the scenario.
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Estudo e otimização do processo de produção de gesso reciclado a partir de resíduos da construção civil

RIBEIRO, Abrahão Severo 31 January 2011 (has links)
Made available in DSpace on 2014-06-12T18:01:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo8971_1.pdf: 9791369 bytes, checksum: 5e5bec041ca8392e1164c45f0674045f (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / Foram realizados estudos da viabilidade técnica de obtenção de gesso beta a partir de resíduos provenientes de duas principais aplicações do mencionado gesso na construção civil: revestimento de alvenarias e instalação de forro. Um estudo preliminar da calcinação do dihidratado em um forno rotativo contínuo em escala piloto de 5,45m de comprimento e 0,90m de diâmetro interno foi efetuado utilizando a técnica de simulação numérica por via de fluidodinâmica computacional (Computational Fluid Dynamics - CFD) com auxílio do software comercial FLUENT12. 0. Foi adotado o modelo de turbulência k-ε para simular a combustão do gás natural ocorrida na câmara de combustão. Foram então elaborados os perfis das distribuições de temperatura de combustão e de velocidade dos gasesna zona de injeção do combustível, assim como a simulação da energia cinética ao longo do comprimento do forno rotativo. Os ensaios experimentais de calcinação da gipsita e dos resíduos de gesso de revestimento e gesso de placa foram realizados obedecendo a um Planejamento Fatorial Completo do tipo 33-1,avaliando-se os efeitos de três fatores: velocidade de rotação do cilindro, temperatura de controle da combustão e vazão de alimentação de sólidos. As condições ótimas de calcinação do dihidratado foram a temperatura de controle da combustão de 500oC, a velocidade de rotação do cilindro de 3 rpm e a vazão de alimentação de sólido de 120 kg/h. Os gessos oriundos da calcinação em condições de calcinação ótima de calcinação da gipsita (A) e dos resíduos de gesso de revestimento (B) e de placa (C) tiveram aconsistência 0,70, como condição ótima, pós-calcinação. As análises químicasdosgessos mencionados apresentaram teores de água de cristalização próximos ao do Hemidrato, 4,2% a 6,2%, estabelecidos em norma. Os resultados dos ensaios de resistência à compressão, à flexão e a aderência à tração do revestimento e a dureza superficial, encontrados para os blocos preparados, com os gessos (A), (B) e (C) obtiveram consistência e tempo de secagem ótima, respectivamente de 0,70 e 7 dias. As pastas preparadas com os gessos (A), (B) e (C) na condição pós-calcinação de 0,70 de consistência e 7 dias de secagem foram caracterizadas adotando técnicas complementares: TG, DTA, BET, IR, DRX, MEV as quais apresentaram resultados que reforçaram a possibilidade de produção de gesso a partir dos resíduos de gesso de revestimento e de placa e reutilização e comercializaçãodos resíduos de gesso gerados pela construção civil após o devido tratamento, passando a representar uma alternativa economicamente interessante para os geradores deste tipo de resíduo
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Estudo fluidodinâmico computacional de um forno piloto rotativo contínuo a gás natural para produção de gesso beta

CAVALCANTI, Danilo Emídio de Souza 31 January 2013 (has links)
Submitted by Amanda Silva (amanda.osilva2@ufpe.br) on 2015-03-04T13:36:14Z No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Danielo Emídio de Souza Cavalcanti.pdf: 3450816 bytes, checksum: 315a1addc99693de3c427bd74519d20f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-04T13:36:14Z (GMT). No. of bitstreams: 2 DISSERTAÇÃO Danielo Emídio de Souza Cavalcanti.pdf: 3450816 bytes, checksum: 315a1addc99693de3c427bd74519d20f (MD5) license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Previous issue date: 2013 / O Nordeste brasileiro se apresenta como um dos mais importantes produtores de gesso e seus derivados do País. O processo de produção do gesso beta é determinado pela desidratação do minério de gipsita, sendo principalmente realizada em fornos rotativos tubulares. A operação de calcinação, na qual a gipsita se transforma em gesso beta pela ação do calor, é função direta das condições de composição do material sólido (gipsita), da natureza do combustível (gás natural, GLP, lenha, etc.), além da temperatura e pressão do forno. Porém esses fornos apresentam um difícil controle de suas variáveis, sendo um limitante do produto final obtido. A Fluidodinâmica Computacional (CFD) pode ser descrita de forma generalizada como a simulação numérica de todos aqueles processos físicos e/ou físico-químicos que apresentam escoamento. Utilizando as equações fundamentais dos fenômenos de transporte: balanço de massa, energia e quantidade de movimento, são criados modelos matemáticos, e a partir deles, são desenvolvidos modelos computacionais para a execução de simulações numéricas, obtendo-se assim projeções para a solução do problema. O presente trabalho aborda a simulação de um forno rotativo contínuo para a produção de gesso utilizando gás natural como combustível através da fluidodinâmica computacional utilizando um software comercial ANSYS CFX. Para isso, foram utilizados modelos de combustão (Eddy Dissipation e Finite Rate Chemistry) modelos de radiação (P1, Discrete Transfer e Rosseland) e modelos de turbulência (κ-ε, RNG κ-ε e SST) com objetivo de identificar a melhor das combinações. Os resultados dessas simulações foram comparados e validados com os dados da evolução da temperatura do gás ao longo do forno rotativo. Esta escolha se deve ao fato de buscar um modelo que além de se adequar aos resultados experimentais, possa oferecer dados de variáveis físicas e/ou químicas que são de difícil obtenção experimental. Outro ponto analisado foi à comparação dos valores das temperaturas de chama obtidas através das simulações, com a temperatura de chama teórica adiabática (TTCA), com intuito de descobrir qual modelagem melhor representa os dados teóricos de chama. Foi possível obter um modelo bastante representativo, principalmente na região mais próxima da chama, obtendo-se estimativas da densidade, pressão, velocidade e frações molares de H2O, CO2 e NO. Verificou-se também, para a modelagem com melhor aproximação em relação à Temperatura Teórica de Chama Adiabática, a forma como sua temperatura varia em relação à variação do excesso de ar.
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Particle Interactions in Industrial Granular Systems: Experiments, Theory, and Simulations

Patil, Deepak C. 01 May 2017 (has links)
Granular media continue to be among the most manipulated materials found in various industries. Particle interactions in granular flow has fundamental importance in analyzing the performance of a wide range of key engineering applications such as hoppers, tumblers, and mixers etc. In spite of such ubiquitous presence, till date, our understanding of the granular flow is very limited. This restricts our ability to design efficient and optimal granular processing equipment. Additionally, the existing design abilities are also constrained by the number of particles to be analyzed, where, a typical industrial application involves millions of particles. This motivated the current research where investigations on the above limitations are pursued from three different angles: experimental, theoretical, and simulation. More specifically, this work aims to study particle-wall interaction and developing a computationally efficient cellular automata simulation framework for industrial granular applications. Towards this end, the current research is divided into two part: (I) energy dissipation during particle-wall interaction (II) cellular automata modeling. In part I, detailed experiments are performed on various sphere-thin plate combinations to measure the coefficient of restitution (COR) which is a measure of energy dissipation and it is one of the most important input parameters in any granular simulation. Alternatively, the energy dissipation measure also used to evaluate the elastic impact performance of superelastic Nitinol 60 material. Explicit finite element simulations are performed to gain detail understanding of the contact process and underlying parameters such as contact forces, stress-strain fields, and energy dissipation modes. A parametric study reveals a critical value of plate thickness above which the effect of plate thickness on the energy dissipation can be eliminated in the equipment design. It is found that the existing analytical expressions has limited applicability in predicting the above experimental and numerical results. Therefore, a new theoretical model for the coefficient of restitution is proposed which combines the effect of plastic deformation and plate thickness (i.e. flexural vibrations). In part II, in order to advance the existing granular flow modeling capabilities for the industry (dry and slurry flows) a cellular automata (CA) modeling framework is developed which can supplement the physically rigorous but computationally demanding discrete element method (DEM). These include a three-dimensional model which takes into account particle friction and spin during collision processing, which provides the ability to handle flows beyond solely the kinetic regime, and a multiphase framework which combines computational fluid dynamics (CFD) with CA to model multi-million particle count applications such as particle-laden flows and slurry flows.
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Development and testing of combustion chambers for residential micro gas turbine applications

Fortunato, Valentina 23 August 2017 (has links)
Nowadays, in the field of energy production, particular attention must be paid to improving efficiency, reducing pollutants and fuel flexibility. To reach those goals, cogenerative systems represent an appealing solution. One of the most promising cogenerative systems available nowadays is the micro turbine, which provides reasonable electrical efficiency of about 30%, multi-fuel capability, low emission levels and heat recovery potential, and need minimum maintenance. Among the several options, micro gas turbines (mGT) are particularly interesting. Beside theuse of natural gas, other fuels like landfill gas, ethanol, industrial waste off-gases and other bio-based gases can be used. Moreover, it is possible to further improve the efficiencies and reduce the emissions for mGTs by paying particular attention at the design of the combustion chamber. To this goal, flameless combustion could be an interesting solution. Flameless combustion is able to provide high combustion efficiency with low NOx and soot emissions. The increasing interest in flameless combustion is motivated by its large fuel flexibility, representing a promising technology for low-calorific value fuels, high-calorific industrial wastes as well as in presence of hydrogen. Moreover, flameless combustion is very stableand noiseless, so it is suited for gas turbine applications where conventional operations may lead to significant thermo-acoustic instabilities (“humming”) and stresses. Flameless combustion needs the reactants to be preheated above their self-ignition temperature and enough inert combustion products to be entrained in the reaction region, in order to dilute the flame. As a result, the temperature field is more uniform than in traditional combustion systems, and it does not show high temperature peaks. Hence, NOx formation is suppressed as well as soot formation,due to the lean conditions, low temperatures and the large CO2 concentration in the exhausts.mGTs operating in flameless combustion regime represent a promising technology for the combined production of heat and power with increased efficiency, reduced pollutants emission and high fuel flexibility. The objective of the present Thesis is the design of a combustion chamber for amGT for residential applications. The design is performed employing CFD-tools. Thus, it is necessary to develop a reliable numerical model to use in the design process. Therefore, the first step of the Thesis consists in a series of validation studies, with the goal of selecting the most appropriate and reliable models to describe flameless combustion. The validation will be carried on three differenttest cases, which have different nominal powers and employ different gaseous fuels. The second part of the Thesis focuses on the design and optimization of the combustion chamber. Finally, the third part shows the experimental investigation of the aforementioned chamber.The study of those three cases shows that, to correctly predict the behavior of those systems, it is necessary to take into account both mixing and chemical kinetics. The best results have been obtained with the Eddy Dissipation Concept model, coupled with detailed kinetic schemes. As far as the NOx emissions are concerned, it is fundamental to include all the formation routes, i.e. thermal, prompt, via N2O and NNH route, to estimate properly the NOx production in flameless conditions.The aforementioned models have been used for the design and optimization of a combustion chamber for a mGT operating in flameless combustion regime. Both the design and the optimization have been carried out by means of CFD simulations and both are goal-oriented, meaning that they are carried out with the purpose of improving one or more performance indicators of the chamber, such as pollutants emissions, efficiency or pressure losses. The configuration that satisfies the criteria on the performance indicators has been built and investigated experimentally. The combustion chamber is stable and performs well in terms of emissions for a wide range of air inlet temperature and air-fuel equivalence ratio, lambda, values. Except for the condition closer to the stoichiometric one, both CO and NOx emissions are extremely low for all !and air inlet temperatures. Thechamber performs the best at its nominal operating condition, i.e. lambda = 3.5 and air inlet temperature 730 °C, In this case CO is 0 ppm and NOx is 5.6 ppm. The numerical model employed to describe the combustor performs quite well, except for the CO prediction, for all the conditions investigated. The final step of the present work is the application of a different kind of fuel, namely biogas. First the feasibility of such application has been evaluated using CFD calculations, and then the experimental evidence has been discussed. Due to a calibration error on the gas flow meter, it has not been possible to investigate the conditions of the design point (lambda = 3.5). Three other conditions have been examined,characterized by lower values of !closer to the stoichiometric conditions. Despite the relatively high values of NOx emissions due to the lower air excess and to the consequently higher temperatures, the combustion chamber has proven to be fuel flexible. Both ignition and stable combustion can be achieved also when biogas is burnt. Numerical simulations have also been performed; the results are in good agreement with the experimental evidence. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished
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Simulación Numérica del Impacto 3D de Múltiples Anillos de Vorticidad

Astudillo Campos, Julio César January 2008 (has links)
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