Se il campo di temperatura di un'analisi di combustione sbaglia del 5%, di solito è accettabile. Lo stesso errore produce scostamenti di un fattore in una previsione degli NOx.
La ragione: la dipendenza esponenziale
La formazione degli NOx termici dipende esponenzialmente dalla temperatura; alle temperature di fiamma tipiche, qualche centinaio di gradi cambia la velocità di formazione di vari fattori. Una previsione degli NOx dipende quindi dall'accuratezza del picco di temperatura, non della media.
In una fiamma turbolenta la temperatura fluttua. Gli NOx calcolati dalla temperatura media risultano nettamente inferiori al valore vero, perché la media di una funzione esponenziale supera la funzione della media. I calcoli seri di NOx tengono quindi conto della fluttuazione di temperatura in modo statistico.
L'approccio in post-processing
Le concentrazioni di NOx sono molto basse e non influenzano il flusso principale, il campo di temperatura o la densità. Ne viene una comodità pratica: gli NOx si possono calcolare in un passo separato sulla soluzione di combustione già convergente. Si possono provare meccanismi e coefficienti diversi senza rifare la soluzione principale.
Tre vie di formazione, trattate separatamente
- NOx termici. Dall'azoto atmosferico ad alta temperatura. La via più sensibile al picco di temperatura.
- NOx prompt. Al fronte di fiamma, tramite radicali idrocarburici. Proporzionalmente importanti nelle miscele ricche e a bassa temperatura.
- NOx da combustibile. Dall'azoto legato nel combustibile. Dominanti nel carbone e negli oli pesanti, assenti nel gas naturale.
Uno studio di riduzione condotto senza sapere quale via domina interviene nel posto sbagliato: cambiare combustibile non serve a nulla se dominano gli NOx termici — deve scendere la temperatura di picco.
Come usare il risultato
L'accuratezza assoluta delle previsioni di NOx è limitata. Ciò che è affidabile è l'uso comparativo: quale fra due disposizioni di bruciatori, calcolate con lo stesso metodo, produce meno NOx. Vedi la nota sulle cifre significative.
Riferimenti
- Magnussen, B. F. & Hjertager, B. H. (1977). On mathematical modeling of turbulent combustion with special emphasis on soot formation and combustion. Symposium (International) on Combustion, 16(1), 719–729. DOI: 10.1016/S0082-0784(77)80366-4
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.