Evaluation of the WSGG model for coupled calculations of laminar diffusion flames - Guaragna, Pedro Wink (2022)
A radiação nos meios participantes é um fenômeno que resulta do alargamento das linhas espectrais consequência de transições dos modos de energia entre vibração e rotação em nível atômico, sendo, portanto, um efeito altamente dependente da concentração de espécies e temperatura, e sua relevância em casos de alta temperatura foi demonstrado experimentalmente, teoricamente e numericamente. O presente estudo visa explorar diferentes abordagens para a solução da transferência de calor radiativa acoplada às reações químicas e equações de transporte de chamas de difusão laminar. Para isto, o software CHEM1D foi aplicado para o cálculo de chamas contra-fluxo unidimensionais. Embora a aplicação já tenha em seu código um modelo de gás cinza de limite óptico fino (OTA), o presente trabalho implementou o modelo do gás cinza (GG) e o modelo da soma ponderada de gases cinzas (WSGG), bem como o método de integração linha por linha (LBL). Para o modelo WSGG, diferentes correlações de coeficientes para absorção e ponderação disponíveis na literatura foram incluídas neste estudo. Comparações dessas quatro abordagens foram o foco desta dissertação mudanças na taxa de deformação (que representa a velocidade dos reagentes) e na diluição do CO2 no lado do combustível. Devido à sua exatidão no cálculo da dependência espectral das propriedades radiativas, o LBL é considerado a solução de referência com a qual os três modelos foram comparados. As principais variáveis avaliadas foram o termo máximo da fonte de calor radiativo, a perda total de calor por radiação e a concentração da espécie de monóxido de carbono. Os modelos WSGG mostram-se em todos os casos apresentados melhor para estimar as variáveis propostas, com resultados de formulações deste modelo que contabilizam separadamente as espécies participantes tendo um desempenho geral aceitável. Após essas comparações, foi feito um estudo investigando os limites de extinção dos modelos e do LBL, com diluições sendo aumentadas até a extinção da chama devido às perdas radiativas para diferentes taxas de deformação. Os resultados são comparados com dados experimentais da literatura, e mostra-se que algumas formulações WSGG com maior complexidade embora tenham melhores resultados anteriormente, não possuem robustez para alcançar convergência em maior diluição de CO2. Para as reações químicas foi utilizado um uma versão reduzida do GRI-MECH 1.2 com 19 espécies, incluindo N2 e AR e com 84 reações.