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Liñan Martínez, AmableSupervisor

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Efectos no estacionarios, de difusión preferencial y de liberación de calor en modelos de llamas laminares

Date read: 2004-02-01 {_iPublic_txt_centro_}: E.T.S.I. Aeronáuticos (UPM) | ID: https://oa.upm.es/177/

Author: Vera Coello, Marcos

Director: Liñan Martínez, Amable

Abstract

En esta tesis se analiza la estructura y dinámica de llamas laminares premezcladas y de difusión sometidas a perturbaciones características de los flujos laminares y turbulentos. El análisis. basado en una combinación de métodos analíticos y numéricos, incluye los efectos de los valores distinto de las difusividades técnicas y másicas del combustible y el oxidante. En primer lugar, se presenta un estudio exhaustivo de los regímenes de combustión en la llama premezclada sometida a estiramiento entre dos corrientes opuestas, una de reactantes y otra de gases quemados cuya temperatura puede ser distinta a la temperatura adiabática de la corriente de reactantes, considerando desviaciones importantes del número de Lewis del reactante limitante (típicamente el combustible) respecto a la unidad. El análisis supone una reacción global de tipo Arrhenius con alta energía de activación y emplea la aproximación termodifusiva de densidad y propiedades de transporte constantes. Los resultados proporcionan las condiciones críticas de extinción e ignición de la llama premezclada en términos del número de Damkohler, revelando la existencia de tres regímenes de combustión: el régimen de llama premezclada, el régimen de combustión parcial y el régimen de ignición. A continuación se presenta un análisis original de las perturbaciones inducidas en la llama de difusión por parejas de torbellinos contrarrotatorios y anillos de vorticidad de intensidad suficiente para producir la extinsión local. Se ha investigado el caso de química rápida, en el que el problema se puede reducir a uno de mezcla mediante una formulación basada en escalares pasivos. El análisis, basado en un modelo sencillo para los torbellinos y un valor constante para la densidad y las propiedades de transporte del gas, proporciona un procedimiento para describir la distorsión de la capa de mezcla, así como la evolución espacial y temporal del espesor de la capa de mezcla. Esto permite la evolución de la disipación escalar, que determina las condiciones para la extinción local de la llama y para la propagación de bordes de llama (o llamas triples) a lo largo de la capa de mezcla. Este análisis explica perfectamente los resultados de experimentos llevados a cabo en la Universidad de Yale y en la Universidad de París. Los resultados de este análisis se utilizan posteriormente para estudiar, usando un modelo Langrangiano sencillo. la evolución espacial y temporal de los bordes de llama (o llama triples) que aparecen tras la extinción local de la llama de difusión. El modelo supone que la velocidad de propagación del borde de llama respecto al fluido depende exclusivamente del número de Damkohler local, que se puede obtener del análisis anterior. Para evaluar dicha velocidad se utilizan resultados previos sobre la propagación de frentes de ignición y extinción en capas de mezcla sometidas a estiramiento que tiene en cuenta el efecto de liberación de calor. Los resultados del modelo también reproducen con gran fiabilidad las observaciones experimentales. Por último, se presenta un análisis de la estructura y la dinámica de las capas de mezcla reactivas en contracorriente en el que se incluye el efecto de los cambios de densidad y de las variaciones de las propiedades de transporte con la temperatura. El objetivo es comparar la respuesta de la capa de mezcla perturbada por un torbellino anular con la que se obtiene en el caso de densidad constante, siempre en el caso de química rápida. El análisis muestra que la respuesta de la capa de mezcla es más rápida cuando se retiene los efectos de densidad variable, mientras que la respuesta en amplitud cambia muy poco cuando se retienen las variaciones de densidad. También se discuten brevemente las dificultades que surgen cuando la capa de mezcla constituye además una entrefase de densidad. Para ello, se presenta una solución exacta de las ecuaciones de Euler para la propagación de torbellinos en presencia de entrefases abruptas de densidad que permite aclarar algunos aspectos relevantes de este tipo de flujos. (Summary)

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