Simulación numérica de un horno tipo empujador para palanquillas

Abstract

On this paper there are the obtained results from a reheating pusher furnace with direct flame simulation, which production is 120 Ton/hr; this using the commercial program Computational Fluids Dynamics (CFD) to simulate the Transport Phenomena originated by preheated air-methane mixture combustion inside the furnace. The actual model is 14.7 meters wide and 17 meters long. The numeric model was built in a 1:1 scale, with square steel slabs inside of 16 centimeters per side and 12.7 meters long, using tetrahybrid meshes which presented less distortion than the structured ones. The proposed model couples a set of indispensable combustion models, such as: Fluid Dynamics, the chemical reactions between fuel and the oxidant, as well as heat transfer with its three transport mechanisms (conduction, convection and radiation). For turbulence the two equations model κ-ε was used in its realizable modality. For the combustion solution was proposed the Magnussen-Hjertager model also denominated eddy dissipation model. For heat transfer by radiation P-1 was employed. All models used are coupled in the selected program for this project. The flame temperature reached in the simulated experiment was closed to 2100°C, very similar to the reported on the literature. The velocity fields inside the furnace presented high values, mostly near to the burners, with vectors up to 390 m/s.

En este trabajo se presentan los resultados que se obtuvieron en la simulación de un horno de recalentamiento tipo empujador de flamas directas, cuya producción es de 120 ton/hr, utilizando un programa comercial de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD)para simular los fenómenos de transporte originados por la combustión de una mezcla precalentada de aire-metano al interior del horno, el modelo físico consta de 14.7m de ancho y una longitud aproximada de 17m de largo. El modelo de simulación fue construido con una escala 1:1, con palanquillas cuadradas de acero en su interior de 16cm y 12.7m de largo, utilizando mallas tetra híbridas, las cuales presentaron menor grado de distorsión que las mallas estructuradas. El modelo acopla un conjunto de modelos indispensables en la combustión como son: la dinámica de fluidos, la reacción química entre el combustible y el oxidante, además de la transferencia de calor en sus tres mecanismos de transporte (conducción, convección y radiación). Para la turbulencia se utilizó el un modelo de dos ecuaciones en su modalidad de realizable, para la solución de la combustión se propuso el modelo de Magnussen-Hjertager denominado eddydissipationmodel, para la transferencia de calor por radiación se utilizó el modelo P-1; todos los modelos que se utilizaron están acoplados en el programa seleccionado para el proyecto. La temperatura de flama alcanzada en la simulación presentó un valor muy cercano a los 2100 °C, muy parecido al reportado en la literatura. El campo de velocidades al interior del horno presentó valores altos, principalmente cerca de los quemadores, con magnitudes de hasta 390 m/s.