Simulação de espectros do radical C2* para estudos de combustão

O diagnóstico das espécies presentes nos processos de combustão é fundamental para o desenvolvimento de artefatos de combustão, como queimadores, câmaras, etc. e também para a compreensão desses processos, através do estudo dos mecanismos das reações químicas com o auxílio de modelos matemáticos. Um...

Nível de Acesso:openAccess
Publication Date:2009
Main Author: Enizete Aparecida Gonçalves
Orientador/a: Alberto Monteiro dos Santos
Banca: Leila Ribeiro dos Santos
Format: Dissertação
Language:por
Published: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
Programa: Programa de Pós-Graduação do INPE em Combustão e Propulsão
Online Access:http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m18@80/2009/02.26.15.23
Resumo Português:O diagnóstico das espécies presentes nos processos de combustão é fundamental para o desenvolvimento de artefatos de combustão, como queimadores, câmaras, etc. e também para a compreensão desses processos, através do estudo dos mecanismos das reações químicas com o auxílio de modelos matemáticos. Uma das técnicas de diagnóstico empregadas com grande sucesso é a espectroscopia de emissão, um método não intrusivo e que apresenta facilidade na interpretação de dados experimentais. A aplicação da espectroscopia de emissão nos processos de combustão exige uma análise espectral das espécies a serem estudadas, determinando quais faixas de frequência possuem as melhores linhas para análise. Para radicais cujas constantes espectroscópicas são conhecidas, é possível calcular os espectros de emissão em função da temperatura. A intensidade de emissão para um nível de energia específico será função da ocupação do nível (que é função da temperatura) e da concentração do radical. A determinação de temperatura de chamas a partir do espectro de emissão da banda de Swan do radical C_2 *, presente na queima de combustíveis contendo hidrocarbonetos, é o objeto deste estudo. Esta determinação baseia-se na distribuição da população das moléculas dos radicais pelos seus diversos níveis de energia do estado eletrônico excitado, que seguem uma distribuição de Boltzmann. Deste modo, é necessária a aquisição ou o desenvolvimento de um programa de simulação de espectros de emissão, que possa gerar resultados confiáveis, permitindo a análise prévia dos espectros para posterior estudo em laboratório. Foi desenvolvido um programa para simular os espectros do radical C_2 *, sob várias condições de temperatura e resolução do equipamento de medida. Os resultados teóricos são comparados aos espectros experimentais, para determinar, por exemplo, a temperatura rotacional. O programa conta com uma interface gráfica, facilitando a comparação com os dados experimentais e com acesso ao código fonte caso seja necessária alguma alteração. A validação do programa foi feita por comparação entre espectros por ele simulados e dados disponíveis na literatura. O programa forneceu resultados conforme as expectativas e foi utilizado para avaliar a temperatura rotacional (não equilibrio) de espectros experimentais obtidos nos laboratórios do IEAv.
Resumo inglês:The diagnostics of particular species in combustion processes is the key for the development of combustion devices, such as burners, chambers, etc. and also to the understanding of these processes through the study of chemical reaction mechanisms with the aid of mathematical models. One of the diagnostic techniques employed with great success is the emission spectroscopy, a nonintrusive method, with easy interpretation of experimental data. The application of emission spectroscopy in combustion processes requires a spectral analysis of the species to be studied, determining which frequency bands have the best lines for analysis. It is possible to calculate the emission spectra, as a function of temperature, of radicals with known spectroscopic constants. The emission intensity for a specific energy level will depend on the level population (which is a function of the temperature) and the concentration of the radical. The determination of flame temperature from the emission spectrum of the Swan band of the C_2* radical in the burning of fuels containing hydrocarbons is the object of this study. This determination is based on the population distribution of molecules of the radicals through their different levels of energy in the excited electronic state, which follows a Boltzmann distribution. Thus, it is necessary to purchase or develop a program for of emission spectra simulation, which can generate reliable results, allowing the analysis of the spectra prior to further study in the laboratory. We developed a program to simulate the spectra of radical C_2*, under various conditions of temperature and resolution of the measuring equipment that is compared with experimental spectra, to determine, for example, the rotational temperature. The program has a graphical interface, facilitating the comparison with the experimental data and with access to the source code if a change is necessary. A comparison of spectra simulated by the program and experimental data available in the literature was used to validate the program. The program worked as expected and was used to evaluate the rotational temperature (in non-equilibrium) of experimental spectra obtained in the laboratories of IEAv/CTA.