Estudo teórico da chama laminar não pré-misturada em misturas de gás natural e hidrogênio - Mariños Rosado, Diego Jhovanny [UNESP] (2024)
O estudo da chama não pré-misturada é um tema de pesquisa atual devido a sua aplicação em equipamentos industriais e domésticos, considerando o comprimento da chama importante e relevante no projeto seguro e eficiente do queimador e instalações do sistema. Nesse sentido, o objetivo desta pesquisa é caracterizar teoricamente a chama laminar não pré-misturada envolvendo misturas de gás natural enriquecido com hidrogênio. A caracterização é realizada através da dedução de três modelos matemáticos. O primeiro modelo teórico deduz a equação da chama bidimensional em regime permanente sem convecção para chamas laminares não prémisturadas (teoria de Roper) e referido como M1. Este modelo demonstra as equações teóricas do comprimento da chama não pré-misturada para queimadores de seções circular, quadrada e retangular, e regimes de potência onde as chamas são dominadas pelo efeito da quantidade de movimento, efeito da impulsão e em regime de transição. Os modelos teóricos M2 e M3 estendem a teoria original de Roper, desenvolvendo as deduções da equação da chama bidimensional e tridimensional em regime permanente e transiente com convecção, fornecendo novas equações de concentração para a chama laminar não pré-misturada. Os comprimentos das chamas obtidos dos modelos M1 e M2 foram comparados com o modelo M3 através da Diferença Percentual Relativa (DPR) considerando 5 misturas GN-H2-CO2. Evidencia-se que para t=0,1 s, a DPR máxima na seção circular para M1 foi em Gas20:60%GN-25%H2-15%CO2 com 14,75%, enquanto para M2 foi em Gas14:70%GN-15%H2-15%CO2 com 6,47%, e a DPR mínima foi em Gas1:100%GN com 9,78% e 4,83% para M1 e M2, respectivamente. A mesma análise foi desenvolvida para as seções quadrada e retangular, mostrando boa concordância. O modelo M3 foi testado na condição transiente, avaliando os efeitos do tempo e da velocidade na distribuição do perfil de concentração na direção radial para entender melhor o fenômeno da chama nos gases considerados. Finalmente, os modelos M2 e M3 foram validados com resultados experimentais e outras soluções analíticas mostrando um bom desempenho considerando as características de cada mistura.