Simulación de la combustión en una caldera pirotubular por CFD
Abstract
Resumen: este trabajo se presenta como Trabajo de Fin de Grado para optar al título del Grado
en Ingeniería Mecánica. En él se presenta el estudio de una caldera pirotubular, disponible
en la Escuela de Ingeniería de Bilbao, mediante un software de mecánica de fluidos
computacional, incluyendo el modelado de la reacción de combustión.
El objetivo del trabajo será comparar los diferentes modelos matemáticos
disponibles en el software de cálculo y, en la medida de lo posible, validar los resultados
obtenidos en las simulaciones con las condiciones de funcionamiento medidas durante un
ensayo experimental. Concretamente se compararán modelos de radiación, variaciones del
modelo k-épsilon de turbulencia y los modelos de reacción química.
Además del propio análisis por simulaciones también se realizaron cálculos para
obtener la geometría interna de la caldera ya que no es conocida y no fue posible medirla.
Por otra parte, una vez obtenida la geometría se realizó también un estudio de
independencia de la malla para asegurar unos resultados precisos sin necesidad de un coste
computacional excesivo.
Tras realizar las simulaciones se llegaron a conclusiones sobre los mejores modelos
de turbulencia y radiación. En cuanto a los modelos de reacción no se pudieron comparar
dado que al no disponer de la geometría concreta del quemador no todos los modelos
funcionaron con la geometría supuesta de este. Abstract: this project is presented as Final Degree Project to qualify for the degree in
Mechanical Engineering. In it the study of a fire-tube boiler, available at the laboratory of
the Faculty of Engineering in Bilbao, by computational fluid dynamics is presented,
including the modelling of the combustion reaction.
The aim of this study is to compare the different mathematical models available in
the software and, if possible, to validate the results of the simulations with the operating
conditions of the boiler measured experimentally. Specifically, the models that will be
compared are radiation models, variations of the k-epsilon model for turbulence and
chemical reaction models.
Furthermore, besides the simulations, calculations were made to obtain the internal
geometry of the boiler that was not known and was not possible to measure. On the other
hand, a mesh independence study was performed to get reasonably accurate results with
the least computational cost possible.
After the simulations were made it was possible to draw conclusions about the best
models for turbulence and radiation for this case. Regarding the models for chemical
reaction it was not possible to compare them because not all of them worked for this case
with the supposed geometry of the burner.