Study of the influence of water vapour and carbon dioxide dilution on flame structure of swirled methane/oxygen-enriched air flames

Vandel, Alexis; Cano, Juan Pablo Chica; Persis, S. de; Cabot, Gilles

doi:10.1016/j.expthermflusci.2019.110010

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“…Their results revealed that CO 2 -and CO 2 /N 2 -diluted flames have larger reaction zones compared to N 2 -diluted flames. Vadel et al 14 investigated the influence of adding H 2 O and CO 2 to the fuel flow in swirled methane/oxygen-enriched air flames. Their findings indicated that CO 2 dilution increases the flame height and the flame-lift height to a larger extent than H 2 O dilution.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Comparative Study of the Structure and Height of CH₄ Laminar Diffusion Flames: Effects of Fuel-Side versus Air-Side Dilution

Xu,

Zhou,

Zhu

et al. 2023

ACS Omega

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The strategy for introducing diluents is a critical practical concern in diluted combustion; however, a comprehensive understanding of the effects of fuel-side dilution versus air-side dilution is currently lacking. This numerical investigation systematically studied the effects of dilution strategies on methane coflow diffusion flames, with a focus on the flame structure and flame length. Common additives in practical combustion, specifically H2O and CO2, were introduced to either the fuel or the air streams, with dilution ratios (Z) ranging from 0 to 0.2, and the impacts of four dilution strategies were quantified and ranked. Detailed simulations were conducted using a well-validated two-dimensional (2D) flame code to gain a deep understanding of OH formation, flame attachment, temperature of the burner nozzle, and flame height. Systematic analyses in terms of heat transfer, molecular diffusion, and chemical kinetics were conducted. Results demonstrate that introducing diluents into the air stream exerts a more profound influence on suppressing OH formation compared with fuel-side dilution. Moreover, air-side dilution has a negligible influence on flame attachment, while increasing Z on fuel side significantly inhibits flame attachment, and the latter behavior is attributed to the diminished mass diffusion of CH4 toward the oxidizer side. As the flame attachment weakens, it causes a consequential reduction in heat transfer from the flame base to the burner. Accordingly, the nozzle temperature exhibits a more remarkable decrease with the fuel-side dilution ratio than with the air-side dilution ratio. Simultaneously, a more profound influence of Z on flame length was observed for fuel-side dilution than for air-side dilution, and the underlying mechanisms governing these two distinct dilution strategies were theoretically elucidated.

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Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Comparative Study of the Structure and Height of CH₄ Laminar Diffusion Flames: Effects of Fuel-Side versus Air-Side Dilution

Xu,

Zhou,

Zhu

et al. 2023

ACS Omega

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“…A outra definição, usada na grande maioria dos trabalhos na literatura oxi-combustão, toma apenas o oxigênio no cálculo da razão de equivalência, da forma expressa na equação 2.2. Então, ϕ < 1 significa excesso de O 2 , ao invés de excesso de ar como é entendido na combustão convencional (VANDEL et al, 2020;VANDEL et al, 2022).…”

Section: Propriedades Térmicasunclassified

“…Logo, por essa definição de ϕ, o excesso de oxigênio (e O 2 ) é dado pela equação 2.3 (VANDEL et al, 2020;VANDEL et al, 2022).…”

Section: Propriedades Térmicasunclassified

“…A escolha do parâmetro depende de quais critérios de comparação que serão utilizados, por exemplo, base seca ou base úmida, ou se os gases de combustão serão resfriados abaixo do ponto de orvalho (RAJA; SRIVASTAVA; DWIVEDI, 2016). Na literatura em oxi-combustão, a potência térmica, dada pela equação 2.6, é amplamente utilizada (SAANUM et al, 2016;JOURDAINE et al, 2017;VANDEL et al, 2020). Dessa forma, este trabalho toma o PCI como parâmetro.…”

Section: Propriedades Térmicasunclassified

“…Finalmente, em Vandel et al (2020) estudaram o efeito da diluição com H 2 O e CO 2 na estrutura e estabilidade de uma chama de pré-mistura de metano/ar enriquecido mantendo a velocidade de escoamento fixa. Independente do diluente, foi demonstrado que, ambas, estrutura e estabilidade de chama estão principalmente relacionadas à velocidade de chama laminar, a qual depende apenas das condições e propriedades dos reagentes.…”

Section: Reunclassified

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Estabilidade de chama de oxi-combustão turbulenta diluída com CO2.

Santana

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À minha mãe, Maria de Lourdes dos Santos, pelo amor, pela oportunidade que me deu para realizar meus sonhos, pelo apoio aos meus estudos e por ser a base da minha vida.À minha namorada, Kelly de Souza Campos, pelo amor, pelo apoio ao meu trabalho e pela paciência necessária a quem faz pós-graduação.À minha família que não me deixa esquecer as minhas origens.Aos meus amigos, Lucas Nascimento, Marcos Moraes, Nacib Barbosa, Rafael Murcela e Thiago Aragão por serem meus irmãos de vida e por fazerem meu cotidiano mais leve e feliz, com risadas e reflexões sobre a vida.Ao meu orientador, Guenther Carlos Krieger Filho, não somente pela orientação e discussões sobre combustão, mas por me incentivar sempre e por compreender minha situação e ajudar a tornar esse trabalho possível.Aos amigos e colegas do Laboratório de Combustão, em especial ao Helio Villanueva pelas discussões e apoio no laboratório, sem o qual não seria possível realizar os experimentos.À Escola Politécnica, pela oportunidade de realização do curso de mestrado.Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), pelo apoio financeiro concedido que propiciou a realização deste trabalho.Uma das tarefas decisivas na difusão do conhecimento é sermos capazes de explicar, desdobrar aquilo que está intricado, aquilo que está fechado, que é hermético, de difícil compreensão.

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Three-pipeline gas grid: A new concept for power-to-gas associated with complete carbon capture and utilization

Costamagna

2021

Energy Conversion and Management

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Study of the influence of water vapour and carbon dioxide dilution on flame structure of swirled methane/oxygen-enriched air flames

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Comparative Study of the Structure and Height of CH₄ Laminar Diffusion Flames: Effects of Fuel-Side versus Air-Side Dilution

Comparative Study of the Structure and Height of CH₄ Laminar Diffusion Flames: Effects of Fuel-Side versus Air-Side Dilution

Estabilidade de chama de oxi-combustão turbulenta diluída com CO2.

Three-pipeline gas grid: A new concept for power-to-gas associated with complete carbon capture and utilization

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