Análisis del flujo no reactivo e inyección líquida de combustible en cámaras de combustión mediante Mecánica de Fluidos Computacional

Abstract

[ES] El estudio sobre los sistemas de combustión y la inyección de combustibles líquidos es un tema fundamental para el diseño de novedosos sistemas de propulsión, entre los que se encuentra el concepto Lean Direct Injection para motores de flujo continuo, que surge como respuesta a las normativas sobre emisiones contaminantes. En este contexto, las simulaciones numéricas toman un papel muy significativo para el análisis de estos quemadores. El presente trabajo aborda el estudio del flujo no reactivo y combustión en diferentes quemadores de este tipo mediante simulaciones LES, en conjunto con un modelo Lagrangiano para la inyección del combustible líquido y un modelo basado en el concepto flamelet para el proceso de combustión. Se presenta, por un lado, la validación de los campos de velocidades y mezcla para un quemador confinado gaseoso (KIAI) y, por otra parte, la caracterización del spray líquido de combustible en un quemador atmosférico (CRSB). En general, la mayoría de los resultados para ambas partes muestran una elevada concordancia al compararlos con medidas experimentales y se puede decir que el trabajo realizado deja una base sólida para el posterior estudio del flujo reactivo.

[EN] The study on combustion systems and liquid fuel injection is a fundamental topic for the design of new propulsion systems, among which is the Lean Direct Injection concept for continuous flow engines, which arises in response to the pollutant emissions regulation. In this context, numerical simulations play a very significant role in the analysis of these burners. This work deals with the study of non-reactive flow and combustion in this type of burners by means of Large Eddy Simulations, together with a Lagrangian model for the liquid fuel injection and a combustion model based on the flamelet concept. On the one hand, the velocity and mixing fields assessment has been carried out for a gaseous confined burner (KIAI). On the other hand, the characterization of the liquid fuel spray in an atmospheric burner (CRSB) has been performed. Overall, most of the results for both parts agree fairly well with the experimental measurements and it can be conclude that this analysis establishes a solid basis for the subsequent study of the reactive flow.