Dissertação
{pt_PT=Impact of H2 on biogas flame-wall interaction for thermoelectric power generation} {} EVALUATED
{pt=Neste trabalho estudou-se o uso de chamas de pré-mistura de biogás+H2 para conversão directa de calor em electricidade com um gerador termoeléctrico (TEG). Avaliou-se a influência de diferentes combustíveis e condições de chama nas temperaturas e funcionamento do TEG, que foi colocado em contacto com a parede de uma câmara de combustão, onde uma chama estabiliza em side-wall quenching. A transferência de calor para o TEG foi a chave para optimizar a potência e eficiência do sistema. Assim, analisou-se a velocidade dos gases, a distância de extinção de chama dq e a taxa de geração de calor (HRR), recorrendo a técnicas de PIV e quimioluminescência do OH* e CH*. Desenvolveu-se um modelo matemático para prever o funcionamento do TEG para as diferentes condições, recorrendo ao método dos volumes finitos e a uma rede neuronal. Os resultados do modelo ficaram próximos dos experimentais (R2>0.97), ultrapassando-os ligeiramente. A adição de H2, mesmo em pequena quantidade (até 20% em volume), revelou melhorias no funcionamento do TEG (+10% de potência) e na estabilização da chama (dq reduzida em 18%). O impacto foi mais significativo para misturas de biogás com mais CO2, demonstrando o valor do H2 para o biogás em aplicações portáteis, com pequenas câmaras de combustão, onde a importância das interacções chama-parede é maior. Verificaram-se correlações entre quimioluminescência, HRR e dq: a quimioluminescência de OH* está fortemente relacionada com dq e a convecção contribui na mesma ordem de grandeza que a condução para a transferência de calor na zona de extinção de chama., en=In this work, the use of premixed biogas+H2 flames together with a thermoelectric generator (TEG), for direct heat-to-electricity conversion, was studied. We aimed to understand the influence from different fuel blends and flame conditions in TEG working temperatures and operating point. In the setup used, a TEG module contacts a wall of a combustion chamber, where a flame stabilizes in side-wall quenching. The major challenges for power and efficiency optimization were found related to the heat transfer from flame and burnt gases to the wall and TEG. Gases velocity field, flame quenching and heat release rate (HRR) were hence studied via PIV and chemiluminescence of OH* and CH* radicals. A mathematical model was developed to predict TEG operation for the different conditions, resorting to the finite volume method and a neural network. Its results correlated well with experimental ones (R2>0.97), with a small over-prediction. Even in small amounts (up to 20% in volume), we found that H2 addition to biogas (BG) improved both TEG operation (power yielded increased by 10%) and flame stabilization (quenching distance dq reduced by 18%, to levels typical of methane). The impact of H2 was more significant for the lower BG grades, which emphasized its importance for BG use in smaller, portable applications, with downsized combustion chambers (and larger importance of flame-wall interaction). Correlations between chemiluminescence, HRR and dq were deduced: OH* chemiluminescence is strongly related with dq and convection contributes in the same order of magnitude as conduction for heat transfer in the quenching region.}
novembro 6, 2020, 16:0
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ORIENTADOR
Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento (IN)
Investigadora
