Estudo das interações turbulência-radiação em chamas turbulentas não pré-misturadas de gás natural diluído em CO2 e H2

• Ano de defesa: 2020
• Autor(a) principal: Lemos, Larissa Domingues
• Orientador(a): França, Francis Henrique Ramos
• Tipo de documento: Tese
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Combustão; Transferência de calor; Transferência radiativa; Chamas
• Palavras-chave em Inglês: Turbulence-radiation interaction; Weighted-sum-of-gray-gases; Turbulent combustion; Radiative heat transfer; Natural gas/CO2/H2 flame
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/218192

A determinação precisa do fluxo de calor radiativo emitido por chamas turbulentas envolve a modelagem das interações turbulência-radiação (TRI). Este trabalho apresenta a modelagem computacional de um conjunto de chamas difusivas turbulentas e analisa o impacto da modelagem da interação entre turbulência e radiação na determinação da transferência radiativa. O combustível utilizado é gás natural diluído em CO2 e H2. A cinética química é resolvida com um modelo baseado no conceito de flamelets, o steady laminar diffusion flamelet (SLDF). Para incorporar os efeitos da turbulência em flamelets laminares utiliza-se o método de funções densidade de probabilidade (PDFs). O fluxo de calor radiativo é calculado com o método de discretização espacial de ordenadas discretas enquanto o modelo da somaponderada-de-gases-cinza (WSGG) é empregado para a integração espectral. A turbulência é resolvida através da modelagem RANS, utilizando k-ε padrão. Duas metodologias TRI são comparadas. A primeira baseia-se na autocorrelação da temperatura e correlação entre coeficiente de absorção e temperatura, sendo o coeficiente de absorção modelado como dependente apenas da temperatura local. Na segunda abordagem, também baseada na autocorrelação da temperatura e correlação entre coeficiente de absorção e temperatura, o coeficiente de absorção é calculado considerando a dependência da temperatura local e da concentração das espécies participantes. Três soluções numéricas, considerando também o caso em que são negligenciados os efeitos TRI, são comparadas com dados experimentais para o fluxo de calor radiativo. A variância de temperatura é calculada de duas formas, na primeira utiliza-se uma equação de transporte e na segunda através do método PDF. A solução é obtida com o código ANSYS Fluent acoplado a funções definidas pelo usuário (UDFs) utilizadas para modificações do modelo WSGG e incorporação dos efeitos TRI. Os resultados indicam boa concordância entre os modelos que consideram TRI com os dados experimentais para o fluxo de calor radiativo, especialmente para o modelo que considera o coeficiente de absorção dependente da temperatura e concentrações locais.