Numerička analiza izgaranja amonijaka kao bezugljičnog alternativnog goriva u eksperimentalnom predmiješanom gorioniku

master's thesis

• Title (english): Numerical analysis of ammonia combustion as a non-carbon alternative fuel in an experimental premixed burner
• Author: Tomislav Novak
• Mentor: Jakov Baleta (mentor)
• Mentor: Damijan Cerinski (pomoć pri izradi, neposredni voditelj)
• Committee member: Ladislav Lazić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Jakov Baleta (član povjerenstva)
• Committee member: Martina Lovrenić-Jugović (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Metallurgy; Sisak
• Defense date and country: 2020-10-07, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Metallurgy

Abstract

Amonijak predstavlja bezugljično alternativno gorivo i moguće rješenje u tranziciji prema niskougljičnoj ekonomiji, ali kinetika izgaranja je i dalje aktualan istraživački problem. U ovom radu provedena je simulacija izgaranja amonijaka u eksperimentalnom predmiješanom gorioniku. Analizirani su utjecaji različitih modela turbulencije na polja fizikalnih svojstava te koncentracije produkata na izlazu simulacijske domene. Za izradu rada korišten je programski paket za računalnu dinamiku fluida baziran na metodi kontrolnih volumena.
Cilj ovoga rada je unaprijediti razumijevanje procesa izgaranja amonijaka za industrijske radne uvjete variranjem modela turbulencije te omjera gorivo/zrak. Primjena različitih modela turbulencije je pokazala zadovoljavajuća podudaranja s eksperimentalnim mjerenjima. Simulacije predviđaju razine CO2 niže od eksperimentalnih, ali pokazuju isti trend variranjem omjera gorivo/zrak. Predviđanja koncentracija NO pokazuju zadovoljavajuću točnost u usporedbi s eksperimentalnim vrijednostima za slučaj blizu stehiometrijskog omjera. Ovaj rad doprinosi širenju trenutnog znanja o izgaranju amonijaka pri radnim uvjetima usko nalik onima u industrijskim postrojenjima. Očekuje se da saznanja iz ovog rada pomognu pri budućim analizama prilikom konstruiranja stvarnih industrijskih sustava za izgaranje amonijaka.

Abstract (english)

Ammonia represents an alternative carbon-free fuel and a possible solution towards transition to a low carbon economy, although combustion kinetics is currently still a major problem. In this work, simulation of ammonia combustion in an experimental premixed burner has been conducted. The effect of different turbulence models on physical value fields, as well as species concentrations at the domain outlet was analysed. For this work, a computational fluid dynamics software based on the finite volume method was used.
The object of this work is to enhance the current understanding of the ammonia combustion process for industrial operating conditions by varying turbulence models and fuel/air ratio. Application of various turbulence models has shown satisfactory agreement to experimental measurements. Predictions of CO2 concentrations were lower than experimental measurements, although a similar trend by varying fuel/air ratio was achieved. Predicted NO concentrations were matched with experimental data for the case nearest to stoichiometric conditions. This work contributes to the extension of current knowledge of ammonia combustion at operating conditions closely resembling those in industrial plants. It is expected that obtained findings from this work will help in future analysis while designing real industrial systems for ammonia combustion.

• Keywords: izgaranje amonijaka; računalna dinamika fluida; metoda kontrolnih volumena
• Keywords (english): ammonia combustion; computational fluid dynamics; finite volume method
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:115:352001
• Project: Number: KK.01.1.1.04.0070; Title: Razvoj sustava za ispitivanje višefaznih strujanja i izgaranja s ciljem povećanja istraživačkih aktivnosti znanstvenog i poslovnig sektora; Leader: Milan Vujanović; Jurisdiction: Croatia; Funder: Europski fond za regionalni razvoj
• Study programme: Title: Graduate study program Metallurgy; Study programme type: university; Study level: graduate; Academic / professional title: magistar/magistra inženjer/inženjerka metalurgije (magistar/magistra inženjer/inženjerka metalurgije)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2020-10-13 09:58:02