Modelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno
El trabajo "Modelado y Simulación CFD de Equipo de Pruebas con Hidrógeno" se centra en la aproximación numérica al comportamiento dinámico de las variables dentro de una cámara de combustión disponible como banco de pruebas en la Universidad de los Andes. Para llevar a cabo esta aproximaci...
- Autores:
-
Azain Bastidas, Juan Manuel
- Tipo de recurso:
- Trabajo de grado de pregrado
- Fecha de publicación:
- 2024
- Institución:
- Universidad de los Andes
- Repositorio:
- Séneca: repositorio Uniandes
- Idioma:
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- OAI Identifier:
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- Acceso en línea:
- https://hdl.handle.net/1992/74635
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Hidrógeno
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El trabajo "Modelado y Simulación CFD de Equipo de Pruebas con Hidrógeno" se centra en la aproximación numérica al comportamiento dinámico de las variables dentro de una cámara de combustión disponible como banco de pruebas en la Universidad de los Andes. Para llevar a cabo esta aproximación se emplea el software OpenFOAM y su solucionador especializado XiFoam. El desarrollo incluye la generación de una geometría y un enmallado, la configuración de condiciones de frontera y la definición de parámetros de simulación para dos casos específicos. Los resultados indican que la geometría y la combinación de condiciones de frontera, muestra un comportamiento adecuado del fenómeno de combustión, generando distribuciones de temperatura, presión y velocidad que permiten identificar patrones específicos del comportamiento de la combustión. Finalmente se valida la herramienta como adecuada para la simulación del fenómeno de combustión. |
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Nithya, «Numerical simulation of industrial gas burners fueled with hydrogen-methane mixtures for enhanced combustion efficiency and reduced greenhouse gas emissions,» Fuel, vol. 370, 2024. J. A. Rocancio Gómez y G. Gordillo Ariza, «Diseño, construcción y puesta en marcha de una cámara de combustión, para Co-firing y Reburn, con el fin de determinar la viabilidad del bagazo de caña como reductor de emisiones de NOx cuando se quema con carbón bajo la tecnología de Co-firing,» Universidad de los Andes, Bogotá D.C, 2012. H. Weller, The Development of a New Flame Area Combustion Modelo Using Conditional Averaging, Imperial College of Science, Technology and Medicine, 1993. G. H. Santos y W. Dourado, «Numerical Study of the b-Xi Flame Wrinkling Combustion Model in Oracles Test Rig,» Journal of Aerospace Technology and Management, vol. 7, nº 4, pp. 1-10, 2015. A. Scarabino y F. Bacci, Flujos Turbulentos: Descomposición de Reynolds y Ecuaciones RANS, La Plata: Universidad Nacional de La Plata, 2021. Altair AcuSolve, «Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) Simulations,» [En línea]. Available: https://2021.help.altair.com/2021/hwsolvers/acusolve/topics/acusolve/training_manual/rans_simulations_r.htm. H. K. Versteeg y W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Segunda ed., Edinburgh Gate: Pearson Education Limited, 2007. SIMSCALE, «K-Epsilon Turbulence Models,» [En línea]. Available: https://www.simscale.com/docs/simulation-setup/global-settings/k-epsilon/. B. J. McBride, S. Gordon y M. A. Reno, «NASA Technical Memorandum 4513: Coefficents for Calculating Thermodynamic and Transport Properties of Individual Species,» NASA, 1993. CFD Direct, «OpenFOAM v6 User Guide - 7.1 Thermophysical models,» [En línea]. Available: https://doc.cfd.direct/openfoam/user-guide-v6/thermophysical. D. R. Stull y H. Prophet, JANAF Thermochemical Tables, Washington D.C.: National Bureau of Standards, 1971. S. Hubbard, «CanteraJanaf | Github PythonCode,» [En línea]. Available: https://github.com/Upstream-Applied-Science/canteraJanaf. SIMSCALE, «CFD: PIMPLE Algorithm,» 2018. [En línea]. Available: https://www.simscale.com/forum/t/cfd-pimple-algorithm/81418. T. Muhka, «Large-Eddy Simulation of Turbulent Channel Flow,» 2015. E. Yasari, Tutorial XiFoam, Göteborg: Chalmers University of Technology, 2010. The OpenFOAM Foundation, «OpenFOAM,» 2024. [En línea]. Available: https://openfoam.org/. OpenFoam, «4.2 Boundaries,» [En línea]. Available: https://www.openfoam.com/documentation/user-guide/4-mesh-generation-and-conversion/4.2-boundaries. Universidad Nacional de Colombia, «Presión Atmosferica,» UNAL, [En línea]. Available: https://ogabogota.unal.edu.co/presion-atmosferica/. OpenCFD Ltd., «Boundary Conditions,» 2024. [En línea]. 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Sedano Quiroz, «Estudio computacional de la propagación de una flama premezclada de hidrogeno-aire, en condiciones experimentales,» Universidad de los Andes, Bogotá D.C, 2023. Michigan Technological University, «Flame Temperature Analysis and NOx Emissions for Different Fuels, Combustion and Air Pollution». L. Guiquiang, L. Jinpeng, Y. Rouxi y C. Xiangjie, «Performance analysis of a hybrid hydrogen production system in the integrations of PV/T power generation electrolytic water and photothermal cooperative reaction,» Applied Energy, vol. 323, 2022. H. K. Versteeg y W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Essex: Pearson Education Limited, 2007 |
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El desarrollo incluye la generación de una geometría y un enmallado, la configuración de condiciones de frontera y la definición de parámetros de simulación para dos casos específicos. Los resultados indican que la geometría y la combinación de condiciones de frontera, muestra un comportamiento adecuado del fenómeno de combustión, generando distribuciones de temperatura, presión y velocidad que permiten identificar patrones específicos del comportamiento de la combustión. Finalmente se valida la herramienta como adecuada para la simulación del fenómeno de combustión.The project "Modelado y Simulación CFD de Equipo de Pruebas con Hidrógeno" focuses on the numerical approximation of the dynamic behavior of the variables inside a combustion chamber available as a test bench at Universidad de los Andes. To carry out this approach, the OpenFOAM software and its specialized solver XiFoam are used. The development includes the generation of a geometry and a mesh, the configuration of boundary conditions and the definition of simulation parameters for two specific cases. The results indicate that the geometry and the boundary conditions combination show an adequate behavior of the combustion phenomenon, generating temperature, pressure and velocity distributions that allows the identification of specific combustion behavior patterns. Finally, the solver is validated as suitable for simulating the combustion phenomenonPregrado43 páginasapplication/pdfspaUniversidad de los AndesIngeniería MecánicaFacultad de IngenieríaDepartamento de Ingeniería MecánicaModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógenoTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTexthttp://purl.org/redcol/resource_type/TPCFDHidrógenoXifoamCombustiónHydrogenXifoamCombustionIngenieríaCentro Nacional del Hidrogeno, «¿QUÉ ES EL HIDRÓGENO?,» [En línea]. Available: https://www.cnh2.es/el-hidrogeno/.MotorPasion, «El hidrógeno no tiene futuro como combustible de coches o camiones, según Transport & Environment: es muy poco eficiente,» [En línea]. Available: https://www.motorpasion.com/industria/hidrogeno-no-tiene-futuro-como-combustible-coches-camiones-transport-environment-muy-poco-eficiente.K.-D. Wang, B. G. Sun, Q.-h. Luo, Q. Li, X. Wu, T. Hu, L.-Z. Bao y X. Wang, «Performance optimization design of direct injection turbocharged hydrogen,» Applications in Energy and Combustion Science, 2024.T. Gammaidoni, A. Miliozi, J. Zembi y M. Battistoni, «Hydrogen mixing and combustion in an SI internal combustion engine: CFD evaluation of premixed and DI strategies,» Case Studies in Thermal Engineering, vol. 55, 2024.M. Sekar, T. A. Alahmadi y A. Nithya, «Numerical simulation of industrial gas burners fueled with hydrogen-methane mixtures for enhanced combustion efficiency and reduced greenhouse gas emissions,» Fuel, vol. 370, 2024.J. A. Rocancio Gómez y G. Gordillo Ariza, «Diseño, construcción y puesta en marcha de una cámara de combustión, para Co-firing y Reburn, con el fin de determinar la viabilidad del bagazo de caña como reductor de emisiones de NOx cuando se quema con carbón bajo la tecnología de Co-firing,» Universidad de los Andes, Bogotá D.C, 2012.H. Weller, The Development of a New Flame Area Combustion Modelo Using Conditional Averaging, Imperial College of Science, Technology and Medicine, 1993.G. H. Santos y W. Dourado, «Numerical Study of the b-Xi Flame Wrinkling Combustion Model in Oracles Test Rig,» Journal of Aerospace Technology and Management, vol. 7, nº 4, pp. 1-10, 2015.A. Scarabino y F. Bacci, Flujos Turbulentos: Descomposición de Reynolds y Ecuaciones RANS, La Plata: Universidad Nacional de La Plata, 2021.Altair AcuSolve, «Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) Simulations,» [En línea]. Available: https://2021.help.altair.com/2021/hwsolvers/acusolve/topics/acusolve/training_manual/rans_simulations_r.htm.H. K. Versteeg y W. Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Segunda ed., Edinburgh Gate: Pearson Education Limited, 2007.SIMSCALE, «K-Epsilon Turbulence Models,» [En línea]. Available: https://www.simscale.com/docs/simulation-setup/global-settings/k-epsilon/.B. J. McBride, S. Gordon y M. A. 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Available: https://www.openfoam.com/documentation/user-guide/4-mesh-generation-and-conversion/4.2-boundaries.Universidad Nacional de Colombia, «Presión Atmosferica,» UNAL, [En línea]. Available: https://ogabogota.unal.edu.co/presion-atmosferica/.OpenCFD Ltd., «Boundary Conditions,» 2024. [En línea]. Available: https://doc.openfoam.com/2312/tools/processing/boundary-conditions/.S. R. Turns, An introduction to combustion: concepts and applications, New York: McGraw-Hill, 2012.M. I. Otero, C. A. Sedano Quiroz y O. D. Lopez Mejia, «Resultados Experimentos Combustión,» Universidad de los Andes, Bogotá D.C, 2024.Vanti, «Gas Natural,» [En línea]. Available: https://www.grupovanti.com/conocenos/quienes-somos/sobre-el-gas-natural.IDEAM, «Composicion Atmosferica,» [En línea]. Available: https://www.ideam.gov.co/web/tiempo-y-clima/atmosfera.H. Xiao, R. W. Houim, E. Oran y S. Jinhua, «Formation and Evolution of Distorted Tulip Flames,» Hefei, 2015.C. Qian y M. A. 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Malalasekera, An Introduction to Computational Fluid Dynamics, Essex: Pearson Education Limited, 2007202022463PublicationORIGINALModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdfModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdfapplication/pdf1936340https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/a045e579-1a1b-49ed-898e-982fd4c2f7b8/download6fed3135745bf71670f2e3f026149859MD51Formato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdfFormato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdfHIDEapplication/pdf374823https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/af355920-2698-4b83-bc97-5542a44c14c4/downloada130d4bdc5c6793d6a640ea817a20540MD52CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8908https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/e0bf8ddf-b9ab-4428-9a23-46a8b9718daa/download0175ea4a2d4caec4bbcc37e300941108MD53LICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-82535https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/4be11cab-9f08-4ccd-8296-c77f9555010f/downloadae9e573a68e7f92501b6913cc846c39fMD54TEXTModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdf.txtModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdf.txtExtracted texttext/plain73997https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/ddea1f78-0d50-43f1-9f1b-08f6e8a8a134/downloada3e2046a8bf93cb65d4b0f49851d1736MD55Formato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdf.txtFormato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdf.txtExtracted texttext/plain2060https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/b7c3aedc-d661-4091-911c-6d863e1a3a51/download44ccae6e2513979baa26e9fd7effdb49MD57THUMBNAILModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdf.jpgModelado y simulación CFD de equipo de pruebas de combustión con hidrógeno.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg7014https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/00ea8b35-8821-4c1b-b768-b8b968cd227d/download16cc5257643cc80da9387f4230e0e8d9MD56Formato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdf.jpgFormato de Autorización Asesor Tesis - Juan Manuel Azain.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg11011https://repositorio.uniandes.edu.co/bitstreams/b6f5c279-7dac-4e31-b380-254e4b717bdf/downloadd40722acbf176658119fa3e102f3410eMD581992/74635oai:repositorio.uniandes.edu.co:1992/746352024-09-12 16:24:48.18http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/Attribution 4.0 Internationalopen.accesshttps://repositorio.uniandes.edu.coRepositorio institucional Sénecaadminrepositorio@uniandes.edu.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 |