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La combustione MILD (Moderate or Intense Low-oxygen Dilution) è un tipo di combustione innovativo caratterizzato dall’assenza di un fronte di fiamma ben definito. È di forte interesse sia in ambito accademico che industriale in quanto consente di raggiungere elevate efficienze di reazione con basse emissioni di inquinanti, con larga flessibilità nella scelta del combustibile. Infatti è una tecnologia promettente sia per combustibili a basso potere calorifico, quali scarti industriali, che in presenza di idrogeno. Da qui l’interesse anche per quanto riguarda la decarbonizzazione di settori industriali hard-to-abate (industria petrolchimica, acciaierie, cementifici, vetro), per i quali l’elettrificazione non è praticabile a causa delle elevate temperature richieste dal processo. In tali settori l’utilizzo di idrogeno verde da rinnovabili può permettere l’abbattimento delle emissioni di CO2, ma occorrono tecnologie innovative in grado di convertire l’idrogeno in modo efficiente e con basso impatto sulle emissioni inquinanti. La realizzazione di sistemi operanti in condizioni di combustione MILD richiede un forte ricircolo dei gas combusti per diluire la miscela reagente, ottenendo una zona di reazione fortemente distribuita con assenza di picchi di temperatura.
Lo sviluppo tecnologico di sistemi MILD può beneficiare di strumenti basati su tecniche di fluidodinamica computazionale CFD (Computational Fluid Dynamics). Tuttavia, l’applicazione della CFD risulta particolarmente difficoltosa perché il regime MILD è caratterizzato da un forte accoppiamento tra cinetica chimica e turbolenza. Ciò richiede ad esempio l’utilizzo di cinetiche chimiche dettagliate. Ad oggi non esiste una ‘ricetta’ numerica ben definita, anche per la mancanza di dati di validazione dei modelli.
Il presente lavoro di tesi propone di validare un approccio modellistico tramite CFD per combustione MILD, prendendo a riferimento un combustore ciclonico di scala di laboratorio messo a punto dall’Istituto di Scienze e Tecnologie per l'Energia e la Mobilità Sostenibili (STEMS) - CNR di Napoli, da cui sono stati forniti i dati sperimentali. Il combustore opera in MILD attraverso un forte ricircolo interno per cui emula il funzionamento di sistemi industriali.
È stato utilizzato un approccio di tipo Reynolds-Averaged Navier-Stokes equation (RANS) incentrando l’attenzione sul trattamento dell’interazione tra cinetica chimica e turbolenza. A tal fine sono confrontati diversi modelli proposti in letteratura per combustione MILD in sistemi Jet-Hot-Coflow. Una criticità emersa riguarda la predizione del mescolamento delle correnti in ingresso, che ha portato ad analizzare la sensitività dei risultati alle condizioni imposte di turbolenza e a sviluppare un primo tentativo di simulazione Detached Eddy Simulation (DES) in condizioni non reattive.