Numerical study of radiative heat loss on near-extinction laminar non-premixed flames employing detailed chemistry and the FGM method - Silva, Fredherico Nicolaus Rodrigues da (2020)
Esta dissertação tem como objetivo o estudo de diferentes abordagens para a solução do problema radiante em chamas difusivas laminares. Ao longo deste trabalho, o código Chem1d é usado extensivamente para o estudo de estruturas unidimensionais conhecidas como amelets, as quais representam as equações de transporte, cinética química e transferência de calor de uma chama, desacopladas das equações de escoamento. Essa abordagem torna possível a solução de chamas com cinética química detalhada acoplado ao problema radiativo em baixos tempos computacionais, ordens de grandeza mais rápidos que as atuais simulações multidimensionais. O código conta com o modelo de gás cinza para o limite opticamente no (Optically Thin Approximation - OTA). Além deste, o modelo de soma ponderada de gases cinzas (WSGG), bem como o método de integração Linha-por-Linha (LBL) foram implementados, e comparações entre as três abordagens são efetuadas. Para melhor estudar os efeitos da radiação, as simulações empregam diluições de N2 e CO2 ao combustível. A validação das presentes soluções se dá pela comparação de per s de velocidade e temperatura com soluções disponíveis na literatura, bem como a comparação dos termos fontes radiantes. Em seguida, os limites de extinção são investigados, aumentando-se a diluição para os modelos OTA e WSGG a diferentes taxas de deforma ção. Os resultados são comparados a dados numéricos e experimentais disponíveis na literatura, mostrando que existe uma taxa de deformação limite abaixo da qual as soluções unidimensionais não conseguem corretamente reproduzir os per s experimentais devido a perdas de calor laterais e, no caso de chamas a gravidade terrestre, presença de empuxo. Posteriormente o estudo da perda de calor radiante para chamas não pré-misturadas é investigado na técnica Flamelet Generated Manifold (FGM). Um manifold tridimensional é construído empregando o enthalpy defect como uma nova variável para mapear a perda de calor. O processo para a obtenção e geração dos conjuntos de amelets necessários para a construção do manifold é detalhadamente explicado e um manifold empregando amelets estáveis é utilizado para investigar chamas não-adiabáticas, comparando soluções OTA, WSGG e LBL às suas respectivas contrapartes detalhadas. As soluções FGM se mostraram satisfatoriamente semelhantes aos per s detalhados, com grande redução no tempo computacional. Posteriormente, um manifold utilizando amelets instáveis foi constru ído para investigar os limites de extinção com os modelos OTA e WSGG, mostrando mais uma vez que as soluções FGM se aproximam satisfatoriamente dos resultados de química detalhada.