Minimizzazione dei rischi da combustione
Nella progettazione dei motori a combustione la difficoltà maggiore è probabilmente rappresentata dall'ottimizzazione simultanea di efficienza, stabilità ed emissioni inquinanti. La premiscelatura di combustibile e aria in proporzioni povere prima della combustione ha consentito di ridurre molto le emissioni inquinanti, specialmente gli ossidi di azoto (NOx). Sfortunatamente, questo sistema consolidato nella tecnologia di produzione dei motori a combustione tende alle instabilità di fiamma. La modellizzazione e la simulazione numerica dell'insieme intricato di flussi a interazione chimica nel corso della combustione sono quindi diventate estremamente importanti per la progettazione dei motori delle turbine a gas. I partner del progetto MUSCLES hanno modellizzato con successo l'interazione tra miscela turbolenta e reazione chimica calcolando la probabilità statistica per tutti gli stati che si verificano durante i processi di combustione turbolenta. L'approccio adottato dai ricercatori della Universität Karlsruhe in Germania prevedeva il calcolo della funzione di densità della probabilità (PDF) dei parametri più importanti. Questi includono le scale di lunghezza della turbolenza, la velocità e le frazioni di massa delle specie individuali nella miscela di carburante combusto, oltre alle scale appropriate dei tempi delle reazioni chimiche. Le funzioni di densità della probabilità di ogni parametro dovrebbero risolvere direttamente le equazioni di trasporto della rispettiva funzione di densità della probabilità congiunta (JPDF). Il modello di combustione JPDF è stato ampliato per descrivere la combustione altamente diluita in condizioni turbolente ed è stato applicato per simulare l'estinzione della fiamma nel limite povero, nota come blow-out povero. Un'ulteriore riduzione delle emissioni inquinanti necessita di miscele ancora più povere di carburante ed aria e di nuovi schemi che sfruttano al massimo il potenziale della tecnica di combustione. Ampliando il limite di blow-out povero, è possibile ottenere temperature inferiori e di conseguenza produrre meno emissioni di NOx. I calcoli iniziali sono riusciti con successo a prevedere il limite di blow-out povero del sistema di combustione ed hanno aperto la strada ad una riduzione dei costi dei programmi di sviluppo del combustore.
