Corso di Combustione

Lezione 1 • Panoramica su combustibili e ossidanti

Tratta combustibili solidi, liquidi e gassosi insieme ai comuni ossidanti. Gli studenti distinguono le categorie di combustibili in base allo stato fisico e alla composizione chimica.

Lezione 2 • Il triangolo e il tetraedro del fuoco

Introduce il triangolo del fuoco e la sua estensione al tetraedro della combustione. Collega combustibile, ossigeno, calore e reazioni a catena come requisiti interdipendenti per l'ignizione.

Lezione 3 • Prodotti della combustione ed emissioni

Identifica i prodotti di combustione primari e secondari, inclusi CO2, H2O, CO e particolato. Collega la formazione dei prodotti al tipo di combustibile e alla completezza della combustione.

Lezione 4 • Termochimica di base della combustione

Spiega l'entalpia di combustione, il calore di formazione e la legge di Hess. Fornisce il quadro quantitativo per calcolare l'energia rilasciata nelle reazioni.

Lezione 1 • Meccanismi di reazione semplificati

Introduce meccanismi globali, scheletrici e dettagliati per la modellazione pratica. Gli studenti selezionano la complessità del meccanismo appropriata per un dato problema ingegneristico.

Lezione 2 • Teoria dell'ignizione e autoignizione

Distingue l'ignizione pilotata dall'autoignizione e dalla fuga termica. Collega il tempo di ritardo all'ignizione alla reattività del combustibile e alle condizioni ambiente.

Lezione 3 • Teoria della velocità di reazione

Tratta la teoria delle collisioni, l'energia di attivazione e l'equazione di Arrhenius. Stabilisce la relazione matematica tra temperatura e velocità di reazione.

Lezione 4 • Meccanismi di reazione a catena

Spiega le fasi di inizio, propagazione, ramificazione e termine nelle catene di combustione. Gli studenti tracciano i percorsi radicalici che sostengono o estinguono le fiamme.

Lezione 1 • Equilibrio chimico ed energia di Gibbs

Tratta le costanti di equilibrio, la minimizzazione dell'energia libera di Gibbs e la dissociazione. Gli studenti prevedono le composizioni dei prodotti all'equilibrio ad alte temperature.

Lezione 2 • Secondo principio ed entropia nella combustione

Introduce la generazione di entropia e l'irreversibilità nella combustione. Gli studenti valutano la distruzione di exergia e identificano le perdite termodinamiche nei sistemi reali.

Lezione 3 • Primo principio applicato alla combustione

Applica la conservazione dell'energia ai sistemi di combustione aperti e chiusi. Gli studenti calcolano il rilascio di calore e il lavoro per processi a flusso stazionario e batch.

Lezione 4 • Calcolo della temperatura adiabatica di fiamma

Deriva la temperatura adiabatica di fiamma per fiamme premiscelate e a diffusione. Collega la stechiometria, la capacità termica e la dissociazione ai limiti di temperatura massima.

Lezione 1 • Velocità di combustione laminare

Definisce la velocità di combustione laminare e la sua dipendenza dalla composizione della miscela e dalla temperatura. Gli studenti usano correlazioni per stimare la velocità di combustione per combustibili comuni.

Lezione 2 • Struttura della fiamma premiscelata

Descrive le zone di preriscaldo, reazione e post-fiamma di una fiamma laminare premiscelata. Gli studenti identificano i profili di specie e temperatura attraverso il fronte di fiamma.

Lezione 3 • Regimi di fiamma turbolenta

Introduce i regimi di fiamma turbolenta premiscelata e non premiscelata usando il diagramma di Borghi. Gli studenti classificano le fiamme in base ai numeri di Damköhler e Karlovitz.

Lezione 4 • Struttura della fiamma a diffusione e Burke-Schumann

Analizza il modello di Burke-Schumann per fiamme a diffusione laminari. Gli studenti mappano le zone di miscelazione di combustibile e ossidante e localizzano la superficie stechiometrica di fiamma.

Lezione 1 • Combustione del char e gassificazione

Analizza le reazioni di ossidazione superficiale e gassificazione delle particelle di char. Gli studenti applicano i modelli a nucleo ritirante e a particella ritirante per prevedere l'esaurimento.

Lezione 2 • Fondamenti di combustione a spruzzo

Tratta l'atomizzazione, la distribuzione dimensionale delle gocce e l'interazione spruzzo-fiamma. Gli studenti valutano come la qualità dello spruzzo influenza l'efficienza di combustione e le emissioni.

Lezione 3 • Combustione a polverino e su griglia

Confronta i bruciatori a polverino con i sistemi a griglia fissa e mobile. Gli studenti selezionano la tecnologia di combustione in base alle proprietà del combustibile e ai requisiti di capacità.

Lezione 4 • Evaporazione e combustione di gocce liquide

Deriva la legge del D-quadro per l'evaporazione e la combustione delle gocce. Gli studenti calcolano la vita della goccia e la distanza di standoff della fiamma per sistemi a spruzzo.

Lezione 1 • Metriche di prestazione dei sistemi di combustione

Definisce l'efficienza di combustione, il fattore di pattern e il consumo specifico di combustibile. Gli studenti usano queste metriche per valutare e confrontare le prestazioni dei dispositivi di combustione.

Lezione 2 • Progettazione del combustore per turbina a gas

Analizza le zone primaria, secondaria e di diluizione nei combustori anulari e can-anulari. Gli studenti valutano la perdita di carico, il fattore di pattern e i requisiti di raffreddamento del liner.

Lezione 3 • Tipi di bruciatori industriali e selezione

Esamina bruciatori premiscelati, a miscelazione in ugello e a tubo radiante per il riscaldamento industriale. Gli studenti abbinano il tipo di bruciatore alla temperatura di processo, al combustibile e ai requisiti di turndown.

Lezione 4 • Combustione nei motori a combustione interna

Esamina i processi di combustione ad accensione comandata e spontanea e il battito. Gli studenti mettono in relazione la fasatura della combustione, la velocità di rilascio del calore e l'efficienza indicata.

Lezione 1 • Tecniche primarie di controllo delle emissioni

Tratta la combustione stadiata, il funzionamento magro premiscelato, il ricircolo dei gas di scarico e l'iniezione d'acqua. Gli studenti selezionano i controlli primari per soddisfare simultaneamente gli obiettivi di NOx e CO.

Lezione 2 • Formazione e ossidazione della fuliggine

Traccia la nucleazione, la crescita superficiale e l'ossidazione della fuliggine nelle fiamme a diffusione. Gli studenti prevedono la frazione volumetrica di fuliggine e applicano modifiche progettuali per ridurre l'emissione di particolato.

Lezione 3 • Meccanismi di formazione degli NOx

Tratta i percorsi degli NOx termici, prompt e da combustibile con le fasi limitanti la velocità. Gli studenti calcolano la produzione di NOx in funzione di temperatura, tempo di residenza e azoto del combustibile.

Lezione 4 • Emissioni di CO e idrocarburi incombusti

Spiega la formazione di CO da combustione incompleta e spegnimento. Gli studenti identificano le condizioni che aumentano le emissioni di idrocarburi incombusti e applicano misure correttive.

Lezione 1 • Chimica ridotta e tabulata

Tratta ILDM, FGM e la tabulazione chimica basata su machine learning per la CFD. Gli studenti riducono i meccanismi dettagliati preservando l'accuratezza per le condizioni di fiamma target.

Lezione 2 • Diagnostica ottica della combustione

Introduce la fluorescenza indotta da laser, lo scattering Rayleigh e l'imaging di chemiluminescenza. Gli studenti progettano configurazioni diagnostiche per misurare temperatura e specie nelle fiamme.

Lezione 3 • Modelli di turbolenza per la combustione

Confronta i modelli a dissipazione di vortici, flamelet e PDF trasportato per la combustione turbolenta. Gli studenti selezionano la chiusura appropriata in base al regime di fiamma e al budget computazionale.

Lezione 4 • Validazione del modello e analisi dell'incertezza

Applica verifica, validazione e quantificazione dell'incertezza ai modelli di combustione. Gli studenti confrontano i risultati della simulazione con i dati sperimentali e quantificano la confidenza delle previsioni.