Modelagem numérica para a obtenção de mecanismos reduzidos via método de Rosenbrock: a combustão do metano

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Sehnem, Rafaela
• Orientador(a): Quadros, Régis Sperotto de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Universidade Federal de Pelotas
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Modelagem Matemática
• Departamento: Instituto de Física e Matemática
• País: Brasil
• Palavras-chave em Português: Modelagem matemática; Modelagem numérica; Combustão do metano; Método de Rosenbrock; Modelagem da cinética química; Numerical modeling; Combustion of methane; Rosenbrock method
• Área do conhecimento CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::MATEMATICA
• Link de acesso: http://guaiaca.ufpel.edu.br/handle/prefix/4696

Este trabalho apresenta a modelagem das reações químicas necessárias para a combustão do metano, incluindo os submecanismos do monóxido de carbono e do hidrogênio, importantes na oxidação de outros hidrocarbonetos e biocombustíveis de cadeias maiores, como o metanol e etanol. A partir da exposição de conceitos de cinética química, tais como as taxas de reação e as hipóteses de equilíbrio parcial e estado estacionário, os mecanismos completos para a combustão do metano, monóxido de carbono e hidrogênio serão exibidos. Esses modelos apresentam grau de rigidez elevado, o que torna difícil a resolução numérica dos sistemas de equações diferenciais ordinárias. Com o objetivo de moderar o grau de rigidez e diminuir o número de espécies envolvidas no modelo, aplica-se uma estratégia com quatro passos para a obtenção de mecanismos reduzidos. Para a resolução dos sistemas de EDOs, utiliza-se o método de Rosenbrock de quarta ordem com quatro estágios. Ainda, faz-se o uso de um controle adaptativo do incremento temporal e parâmetros específicos para garantir a L-estabilidade do método. A implementação computacional do método de Rosenbrock é verificada através dos modelos cinéticos de Gear, Bjurel e Robertson e mostra resultados satisfatórios para todos os modelos em comparação com outros métodos numéricos. Por fim, resolve-se os sistemas dos mecanismos reduzidos para o hidrogênio, monóxido de carbono e metano e exibe-se os gráficos das concentrações molares, das frações molares e das frações mássicas das espécies e o erro local em cada caso, além de uma comparação dos dados em equilíbrio com o software Gaseq.