Numerical simulation of turbulent methane combustion process in can-type combustors

Abstract

The aim of this study is to numerically simulate the turbulent combustion process of methane in can-type burners, using Ansys-Fluent software. The mathematical model is based on the Navier-Stokes equations with the RANSk-ε realizable turbulence model. A thorough analysis of the combustion processes, mathematical modeling of the phenomena, and numerical simulation of the process are taken into account. A comparison is made between two burners: the conventional combustor and the reverse air combustor. The latter utilizes a concept to achieve non-premixed combustion, with different turbulent combustion flow fields parameters, including static temperature and pressure... and changes in various parameters, including density, mass fraction, and preheating temperature. Additionally, the effect of hydrogen addition to methane combustion is considered in order to improve energy efficiency by increasing calorific value and reducing CO2 and CO emissions, as well as promoting cleaner combustion with a decrease in nitrogen oxide (NOx) emissions and particles.

Résumé L'objectif de cette étude est de simuler numériquement le processus de combustion turbulente du méthane dans des brûleurs de type canal, en utilisant le logiciel Ansys-Fluent. Le modèle mathématique est basé sur les équations de Navier- Stokes avec le modèle de turbulence RANS k-ɛ réalisable. Une analyse approfondie des processus de combustion, la modélisation mathématique des phénomènes et la simulation numérique du processus sont pris en compte. Une comparaison est effectuée entre deux brûleurs : le brûleur conventionnel et le brûleur d'air inverse. Ce dernier utilise un concept pour atteindre une combustion non prémélangée, avec différents champs de flux de produits de combustion turbulents, incluant la température statique et la pression... ainsi que des variations de divers paramètres, notamment la densité, la fraction massique et la température de préchauffage. De plus, l'effet de l'ajout d'hydrogène à la combustion du méthane est considéré afin d'améliorer l'efficacité énergétique en augmentant la valeur calorifique et en réduisant les émissions de CO2 et CO, tout en favorisant une combustion plus propre avec une diminution des émissions d'oxydes d'azote (NOx) et des particules.