El frente de las llamas de difusión en la zona de anclaje en el inyector y en la propagación sobre combustibles sólidos

Abstract

En esta tesis se abordarán dos problemas: 1,- El anclaje de una llamada de difusión en la estela cercana de un inyector. 2,- La propagación de una llama de difusión sobre un combustible sólido. El objeto de esta tesis es el análisis de la región del frente de la llama de difusión, que determina en un caso las condiciones de anclaje de la llama al inyector y, en el otro caso, la velocidad de propagación de la llama sobre el combustible. Estos dos problemas, aunque aparentemente son muy distintos, comparten elementos esenciales. En ambos problemas existe una llama de difusión que separa una región del campo fluido en la que hay combustible y no hay oxígeno de otra región en la que hay oxígeno de otra región en la que hay oxígeno y no hay combustible. Esta llama de difusión se extiende desde un frente de llama cerca del inyector o de la superficie del combustible sólido hasta que, aguas debajo de este frente de llama, se consume todo el combustible del chorro o del combustible sólido. El frente de la llama de difusión no llega a la superficie del inyector, en el primer problema, ni a la superficie del combustible sólido en el segundo porque, debido a las pérdidas de calor, se produce la extinción local de la llama, quedando una región sin reacción química apreciable entre el frente de la llama de difusión y la superficie sólida. En esta región se produce una premezcla de combustible y oxígeno que da lugar a dos llamas premezcladas, una rica y otra pobre. En el punto de confluencia de estas dos llamas se inicia la llama de difusión que se prolonga aguas abajo. Esta estructura, característica del borde de la llama de difusión que se prolonga aguas abajo. Esta estructura, característica del borde de la llama de difusión, es una llama triple y es un elemento esencial común a los dos problemas tratados es esta tesis. Se mostrará que la escala de la región que acabamos de describir está determinada por una velocidad característica, propia de la región del frente de llama, y por un balance entre la convección y la difusión aguas arriba de modo que, en la región del frente de la llama de difusión, el número de Reynolds local es la unidad. En el caso de propagación de llamas combustibles sólidos, es preciso considerar la vaporización de la fase sólida previa a la combustión, mientras es el primer problema del anclaje de una llama de difusión a un inyector, se considerará que el chorro de combustible es inyectado en fase gaseosa. En el problema de un anclaje de una llama de difusión a un inyector, la llama permanece estacionaria cuando se observa desde un sistema de referencia ligado al inyector. En cambio, el problema de la propagación de una llama de difusión sobre un combustible sólido sólo es estacionario en un sistema de referencia que se mueve con la velocidad de propagación de la llama, que es desconocida a priori y debe ser calculada como parte de la solución. El problema en la región del frente de la llama está, en principio, acoplado con el campo fluido en el exterior de esta región. A lo largo de este trabajo se realizará una descripción matemática de la región del frente de la llama de difusión teniendo en cuenta -en las condiciones de contorno. El acoplamiento con el campo fluido exterior a esta región. También se procederá a la resolución numérica del problema, una vez formulado éste, para un conjunto de casos representativos.