Effects of pressure and impingement angle in flaming processes

Authors

  • Harilaos H. Liakos,

    1. NTUA, Chemical Engineering Department, Sec. II, 9, Heroon Polytechniou, Zografou Campus, Athens 15 780, Greece
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  • Maria K. Koukou,

    1. NTUA, Chemical Engineering Department, Sec. II, 9, Heroon Polytechniou, Zografou Campus, Athens 15 780, Greece
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  • Nikolaos C. Markatos,

    Corresponding author
    1. NTUA, Chemical Engineering Department, Sec. II, 9, Heroon Polytechniou, Zografou Campus, Athens 15 780, Greece
    • NTUA, Chemical Engineering Department, Sec. II, 9, Heroon Polytechniou, Zografou Campus, Athens 15 780, Greece
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  • Maria A. Founti

    1. NTUA, Mechanical Engineering Department, Thermal Engineering Section, 9, Heroon Polytechniou, Zografou Campus, Athens 15 780, Greece
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Abstract

This work investigates the effects of varying the pressure of the mixture reactants and the angle of impingement on the performance characteristics of a turbulent premixed jet flame impinging on a solid surface. These effects are important for the design of torches and flaming machines used for material and metal cutting and forming. The combustion and flow characteristics are modelled using a finite volume computational approach. Based on the simulation results, it is shown that, by increasing the pressure of the mixture reactants, the flame-surface interaction mechanisms are modified. Changing the impingement angle increases the role of chemical kinetics and reduces maximum temperature values due to increased local flame extinction. The heat released and temperature predictions are compared to experimental data and the agreement is satisfactory.

Abstract

On a étudié les effets de la modification de la pression des réactifs de mélanges et de l'angle d'impact sur les caractéristiques de la performance d'une flamme de jet turbulente de prémélange sur une surface solide. Ces effets sont importants pour la conception des torches et des appareils á flammes servant á découper et á mettre en forme des matériaux ou du métal. Les caractéristiques de combustion et d'écoulement sont modélisées par une méhode de calcul par volumes finis. À partir des résultats de la simulation, on montre qu'en augmentant la pression des réactifs de mélange, les mécanismes d'interaction entre la flamme et la surface sont modifiés. Le fait de modifier l'angle d'impact renforce le rôle de la cinétique chimique et rabaisse les valeurs maximales de la température du fait d'une plus grande extinction de flamme locale. Les prédictions sur la chaleur libérée et la température sont comparérs aux données expérimentales et un bon accord est obtenu.

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