Studio sperimentale e numerico della velocità laminare di fiamma di miscele metano/aria a bassa temperatura

Il presente lavoro di tesi ha come obiettivo lo studio dell’influenza delle basse temperature sulla reattività di miscele metano-aria, con particolare riferimento alle condizioni tipiche di impiego del gas naturale liquefatto (LNG). La reattività del metano è stata dapprima valutata osservando le variazioni della velocità laminare di fiamma per differenti condizioni operative. Nello specifico, è stato effettuato un confronto tra dati ottenuti in laboratorio, mediante misurazioni con Heat Flux Burner (HFB), dati sperimentali reperibili in letteratura e risultati numerici, ottenuti mediante analisi computazionale con il software di simulazione Cantera, utilizzando script basati sui meccanismi cinetici GRI-Mech 3.0, San Diego e KiBo. Per consentire l’ottenimento di risultati attendibili, anche per intervalli di temperatura inferiori rispetto a quelli convenzionalmente esaminati, è stata proposta una modifica nell’apparato sperimentale utilizzato, rappresentata dall’implementazione di un sistema di raffreddamento, assimilabile a uno scambiatore a doppio tubo. In una fase successiva, sono state valutate le variazioni del ritardo di accensione, che rappresenta un altro parametro largamente utilizzato per l’analisi della reattività di un combustibile, considerando, anche in questo caso mediante simulazioni numeriche, condizioni operative rappresentative dell’impiego di metano a bassa temperatura all’interno di turbine a gas. Infine, sono state esaminate le variazioni del rendimento di cicli turbogas, derivanti dall’iniezione di metano in condizioni sub-ambientali. I risultati evidenziano una buona capacità dei meccanismi utilizzati di riprodurre i dati sperimentali nelle condizioni analizzate e mostrano come l’impiego di metano a temperature inferiori a quelle convenzionali non comprometta significativamente le caratteristiche di combustione.