Studio della combustione di miscele arricchite con idrogeno in caldaie domestiche a condensazione tramite tecniche di fluidodinamica computazionale

Nel seguente lavoro di tesi si è deciso di analizzare l’utilizzo dell'idrogeno nelle caldaie a condensazione per ridurre la quantità di inquinanti immessi in atmosfera. In seguito ad una ricerca sugli utilizzi dell’idrogeno nel campo della green energy (come l’idrogeno verde, grigio o blu), passando dai metodi di produzione e stoccaggio alle varie allo stato dell’arte delle attuali tecnologie, per poi analizzare nel dettaglio il funzionamento di una caldaia a condensazione, particolareggiando la caldaia in studio, si sono poi utilizzate tecniche di fluidodinamica computazionale attraverso l'utilizzo del software Fluent Ansys. Si sono inizialmente studiate geometrie più semplici (come il singolo foro e la singola asola) per poi approfondire gli studi sull’analisi di uno spicchio vero e proprio del bruciatore cilindrico. Su quest’ultimo si sono sviluppate vari tipi di griglia di calcolo per poter permettere una convergenza di griglia, in modo da poter ottenere una precisione massima a minor costo computazionale. Successivamente si è poi sviluppato un modello di spicchio angolare, che potesse essere applicato a varie porzioni in esame dello spicchio reale del bruciatore, permettendo però un minore costo computazionale. Associato allo spicchio si è sviluppato un modello di scambio termico semplificato per poter analizzare in modo quanto più realistico il comportamento degli inquinanti. In particolar modo, abbassando la temperatura dei fumi, grazie allo scambio termico in atto, la quantità del monossido di carbonio subirà una diminuzione quindi apprezzabile solo grazie all’introduzione del modello di scambio termico. Si sono introdotte quindi, porzioni di spire rettangolari con dimensioni tali che potessero equiparare l’area equivalente di uno scambiatore termico reale. La campagna di sperimentazione è stata condotta con una miscela G20 (quindi 100% metano) ed una miscela G222 (23% idrogeno, restante metano). In the following thesis work we study the use of hydrogen in condensing boilers to reduce the amount of pollutants released into the atmosphere. Following a research on the uses of hydrogen in the field of green energy, passing from production and storage methods to the various state-of-the-art technologies of current technologies, to then analyze in detail the operation of a condensing boiler, detailing the boiler in the studio, computational fluid dynamics techniques were then used through the use of Fluent Ansys software. Simpler geometries were initially studied (such as the single hole and the single slot) and then deepened the studies on the analysis of a real segment of the cylindrical burner. Various types of calculation grids have been developed on the latter in order to allow a grid convergence, in order to obtain maximum precision at a lower computational cost. Subsequently, an angular segment model was developed, which could be applied to various portions under examination of the real burner segment, allowing however a lower computational cost. Associated with the clove, a simplified heat exchange model has been developed in order to analyze the behavior of pollutants in a more realistic way. In particular, by lowering the temperature of the fumes, thanks to the heat exchange in place, the amount of carbon monoxide will undergo a decrease which is therefore appreciable only thanks to the introduction of the heat exchange model. Therefore, portions of rectangular coils with dimensions such that they could equal the equivalent area of a real heat exchanger were introduced. The experimentation campaign was conducted with a G20 mixture (therefore 100% methane) and a G222 mixture (23% hydrogen, remaining methane)