UNIFEI - Campus 1: Itajubá PPG - Programas de Pós Graduação Teses
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Tipo: Tese
Título: Simulação numérica em CFD de uma câmara de combustão ciclônica para a queima de biomassas de cana-de-açucar pulverizadas
Autor(es): HERRERA, Rudy Perez
Primeiro Orientador: CORONADO, Christian Jeremi Rodriguez
metadata.dc.contributor.advisor-co1: NASCIMENTO, Marco Antônio Rosa do
Resumo: Os produtos secundários gerados no processamento da cana-de-açúcar, que até poucos anos atrás foram majoritariamente descartados, na atualidade têm-se tornado potenciais recursos energéticos para à geração de energia elétrica. Porém, o aproveitamento desses recursos renováveis disponíveis demanda tecnologias mais eficientes para a transformação desses recursos em energia térmica, e posteriormente em energia elétrica. Com esse objetivo a empresa Brayton Energy projetou uma câmara de combustão ciclônica como um componente fundamental de uma turbina a gás, com queima externa ou ciclo EFGT capaz de gerar 900 kWe de energia elétrica utilizando como combustível diferentes biomassas pulverizadas. Essa câmara de combustão ciclônica foi estudada neste trabalho através de simulações numéricas computacionais realizadas em ANSYS FLUENT, e utilizando bagaço de cana-de-açúcar pulverizado como combustível para avaliar o projeto da fluidodinâmica e o desempenho da combustão das partículas do bagaço dentro da câmara. As simulações foram realizadas utilizando os modelos de turbulência RMS, RNG k-ε, SST k-ω e Realizable k-ε. O modelo de transporte de espécies foi utilizado para a combustão e escolheu-se a FinitRate/Eddy Dissipation para a iteração das reações químicas com a turbulência. Foi utilizado também o modelo de Fase Discreta (DPM) para o rastreamento das partículas combustíveis e o modelo de Ordenadas Discreta para o modelo de radiação. Os resultados das simulações não reativas da câmara ciclônica mostram os campos de velocidade e as zonas de recirculação dentro da câmara, o que permite avaliar a fluidodinâmica do projeto da câmara. Já os resultados das simulações reativas mostram a distribuição de temperatura e dos produtos da combustão dentro da câmara ciclônica, e fornecem informação de parâmetros de combustão como a temperatura, massa, tempo de residência e porcentagem de queima das partículas de bagaço ao longo da suas trajetórias pela câmara de combustão.
Abstract: The Secondary products generated in the processing of sugarcane; that until a few years ago were mostly discarded, nowadays they have become potential energy resources for the generation of electric energy. However, the use of these available renewable resources requires more efficient technologies for the transformation into thermal energy, and later into electrical energy. With this objective, the company Brayton Energy designed a cyclonic combustion chamber as a fundamental component of a externally fired gas turbine, or EFGT cycle capable of generating 900 kWe of electric energy using different pulverized biomasses as fuel. This cyclonic combustion chamber was studied in this work through numerical computer simulations performed in ANSYS FLUENT, and using pulverized sugar cane bagasse as fuel, to evaluate the fluid dynamics design and the combustion performance of the bagasse particles inside the chamber. The simulations were performed using the turbulence models RMS, RNG k-ε, SST k-ω and Realizable k-ε. The species transport model was used for the combustion and the Finite Rate/Eddy Dissipation was chosen for the iteration of chemical reactions with turbulence. The Discrete Phase Model (DPM) was also used for the tracking of combustible particles and the Discrete Ordinate model for the radiation model. The results of the non-reactive simulations of the cyclonic chamber show the velocity fields and the recirculation zones inside the chamber, which allows to evaluate the fluid dynamics of the chamber design. In addition, the results of the reactive simulations show the distribution of temperature and combustion products within the cyclonic chamber, and provide information on combustion parameters such as temperature, mass, residence time and percentage of burning of bagasse particles along their trajectories through the combustion chamber.
Palavras-chave: Bagaço e palha de cana-de-açucar
Câmara ciclônica
Simulação numérica
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::ENGENHARIA TERMICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Itajubá
Sigla da Instituição: UNIFEI
metadata.dc.publisher.department: Departamento 1
metadata.dc.publisher.program: PPG1
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: https://repositorio.unifei.edu.br/jspui/handle/123456789/2211
Data do documento: 23-Abr-2020
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