Uma proposta para a modelagem de descargas elétricas em gases

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Crispim, Lucas Wilman da Silva
• Orientador(a): Hallak, Patrícia Habib
• Banca de defesa: Santos, Rodrigo Weber dos , Queiroz, Rafael Alves Bonfim de , Lopes, Maria Cristina Andreolli , Amorin Filho, Jayr , Arrate, Juan de Dios Garrido
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-graduação em Modelagem Computacional
• Departamento: ICE – Instituto de Ciências Exatas
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática; Plasma computacional; Descargas elétricas; Misturas de gases; Métodos numéricos; Mathematical modeling; Computational plasma physics; Gas mixtures; Numerical methods
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA
• Link de acesso: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/10239

Este trabalho tem como objetivo apresentar uma metodologia de análise de descargas elétricas em gases, em condições que se assemelham a uma vela veicular de ignição comercial. Efeitos de transferência de calor e massa, além de um submodelo discreto que contempla reações químicas e transferência energética entre elétrons e espécies diversas, são considerados. Duas abordagens são utilizadas, na primeira o domínio de estudo foi dividido em duas regiões, com e sem descarga elétrica. Na região onde acontece a descarga elétrica foram considerados efeitos das colisões com elétrons, químicos e de transferência de calor e de massa, para a região de pós descarga espacial apenas o efeito de colisões eletrônicas não está presente. A composição do gás presente na simulação tem como base o ar atmosférico seco, porém a adição de componentes diversos é utilizada. Na segunda abordagem toda a região de análise está sobre os efeitos da descarga elétrica uma vez que essa região está compreendida entre os terminais de uma vela veicular. Para esse abordagem foram considerados efeitos das colisões com elétrons, químicos e de transferência de calor e de massa. A resolução espacial do modelo proposto é obtida através do método dos volumes finitos. Uma estratégia matemática de separação de operadores é utilizada a fim de facilitar a resolução do modelo. Uma vez que acontece esta separação, o submodelo discreto tem sua resolução obtida através da ferramenta de análise de plasma ZDPlasKin. Utilizou-se algumas configurações para o regime de trabalho para a descarga elétrica. Foram analisados resultados referentes ao perfil de temperatura no domínio em diferentes instantes de tempo, além de analisar a variação temporal em diversas espécies contidas nas misturas, em determinados pontos do domínio. Devido ao alto custo de resolução das equações, foi utilizada uma estratégia de paralelização do tipo Mestre-Escravo pelo padrão MPI (Message Passing Interface). Para a primeira abordagem, foi observado o transporte de energia e massa principalmente da região interna para a externa devido a convecção e difusão. Devido a diferença de pressão entre as regiões, energia e espécies geradas exclusivamente na região de descarga são transportadas para fora da região de descarga gerando aquecimento. Para a segunda abordagem uma diferença de potencial é aplicada nos terminais da vela, e por consequência tem-se um campo elétrico aplicado no meio. A aplicação do campo elétrico na mistura gasosa faz com que diversos efeitos sejam observados, como o surgimento de espécies devido a colisão com elétrons, transporte de espécies que possuem carga não nula e o posterior aquecimento da região. As abordagens mostradas neste trabalho permitem a análise da evolução temporal da temperatura e das espécies que compõe a mistura incluindo aquelas geradas devido a interação com elétrons. As grandezas como o campo elétrico reduzido, temperatura eletrônica e o papel da umidade nos experimentos também são discutidos.