Fracción de mezcla () es una magnitud utilizada en los estudios de combustión que mide la fracción másica de una corriente de una mezcla formada por dos corrientes de alimentación, una de combustible y otra de oxidante.Williams, F. A. (2018). Teoría de la combustión. CRC Press.Peters, N. (2001). Combustión turbulenta. Se permite que ambas corrientes de alimentación contengan gases inertes.Peters, N. (1992). Quince conferencias sobre combustión laminar y turbulenta. Escuela de Verano Ercoftac, 1428, 245. La definición de la fracción de mezcla suele normalizarse de tal manera que se aproxima a la unidad en la corriente de combustible y a cero en la corriente de oxidante.Amable Liñán, & Williams, F. A. (1993). Aspectos fundamentales de la combustión. La variable de fracción de mezcla se utiliza comúnmente como sustituto de la coordenada física normal a la superficie de la llama, en la combustión no premezclada. Definición Supongamos un problema de dos corrientes en el que una parte del contorno corresponde a la corriente de combustible con una fracción másica de combustible de y otra parte de la frontera de la corriente de oxidante con una fracción másica de oxidante . Por ejemplo, si la corriente de oxidante es aire y la corriente de combustible contiene únicamente el combustible, entonces y . Además, supongamos que no hay oxígeno en la corriente de combustible y que no hay combustible en la corriente de oxidante. Sea sea la masa de oxígeno necesaria para quemar una masa unitaria de combustible (en el caso del hidrógeno gaseoso , y para alcanos, .Fernández-Tarrazo, E., Sánchez, A. L., Amable Liñan, & Williams, F. A. (2006). Un modelo químico sencillo de un solo paso para la combustión de hidrocarburos parcialmente premezclados.Combustion and Flame, 147(1-2), 32-38. Introducimos las fracciones de masa normalizadas como and . Entonces, la fracción de mezcla se define como
donde
es el parámetro de estequiometría, también conocido como relación de equivalencia global. En la interfaz de la corriente de combustible, y dado que no hay oxígeno en el flujo de combustible, y por lo tanto . Del mismo modo, en el límite de la corriente de oxidante, y de modo que . En cualquier otro punto del dominio de mezcla, .La fracción de mezcla depende tanto de las coordenadas espaciales como del tiempo , i.e.,
Dentro del dominio de mezcla, existen superficies de nivel en las que el combustible y el oxígeno se mezclan en proporción estequiométrica. Esta superficie es especial en la combustión, ya que es donde se encuentra la llama de difusión. El nivel constante de esta superficie se determina a partir de la ecuación , donde se denomina «fracción estequiométrica de la mezcla», que se obtiene estableciendo (ya que, si la reacción consume combustible y oxígeno, solo en las proporciones estequiométricas se consumirán por completo tanto el combustible como el oxígeno) en la definición de se obtiene
.
Relación entre el cociente de equivalencia local y la fracción de mezcla Cuando no se produce ninguna reacción química, o si se tiene en cuenta el lado no quemado de la llama, la fracción másica del combustible y del oxidante es y (el subíndice expresa la mezcla sin quemar). Esto permite definir una relación de equivalencia aire-combustible local
La relación de equivalencia local es una magnitud importante en la combustión con premezcla parcial. La relación entre la relación de equivalencia local y la fracción de mezcla viene dada por
La fracción estequimétrica de mezcla definida anteriormente es la ubicación donde se encuentra la relación de equivalencia local . Tasa de disipación escalar En la combustión turbulenta, se utiliza una magnitud denominada «tasa de disipación escalar» cuyas unidades son las del inverso del tiempo, para definir un tiempo de difusión característico. Su definición viene dada por
donde es el coeficiente de difusión del escalar. Su valor estequiométrico es . Fracción de mezcla de Liñán Amable Liñán introdujo una fracción de mezcla modificada en 1991Amable Liñán, «The structure of diffusion flames», en *Fluid Dynamical Aspects of Combustion Theory*, M. Onofri y A. Tesei, eds., Harlow, Reino Unido. Longman Scientific and Technical, 1991, pp. 11–29Amable Linán (2001). Combustión controlada por difusión. En Mechanics for a New Millennium (pp. 487-502). Springer, Dordrecht. que resulta adecuada para sistemas en los que el combustible y el oxidante tienen diferentes números de Lewis. Si y si son los números de Lewis del combustible y del oxidante, respectivamente, entonces la fracción de mezcla de Liñán se define como
donde
la fracción estequiométrica de la mezcla viene dada por
.
Referencias
Categoría:Dinámica de fluidos Categoría:Combustión