Avaliação numérica do efeito de promotores de turbulência em uma câmara de combustão sobre o seu comportamento térmico

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: Barcelos, Bernardo da Rocha
• Orientador(a): Centeno, Felipe Roman
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Energia; Turbulência; Radiação; Combustão; Comportamento térmico
• Palavras-chave em Inglês: Turbulators; Radiation; Turbulence-radiation interactions
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/200674

Este trabalho estuda numericamente os efeitos do emprego de promotores de turbulência nas entradas de ar e de combustível (metano) sobre o comportamento térmico de uma câmara de combustão. São resolvidas equações de conservação de massa, quantidade de movimento, energia, espécies químicas gasosas e fuligem, e variância da flutuação de temperatura em coordenadas cilíndricas axissimétricas. O modelo de combustão é o Eddy Break-Up – Arrhenius, com reação de combustão em duas etapas. O modelo de turbulência é o k padrão. A modelagem das interações turbulência-radiação (TRI - do inglês: Turbulence-Radiation Interactions) considera a correlação combinada entre coeficiente de absorção e temperatura e a autocorrelação de temperatura. O termo fonte de calor radiativo é calculado com o método de ordenadas discretas, considerando o modelo da soma-ponderada-de-gases-cinza (WSGG – do inglês: weighted-sum-of-gray-gases) com correlações recentes. Para estudar o comportamento de um promotor de turbulência, foi alterado o parâmetro de intensidade de turbulência (IT) de ambas as correntes na entrada da câmara (ar e combustível), sendo utilizados valores de 3%, 6%, 15% e 20%, levando em consideração dois cenários de estudo: a transferência de calor radiativa na câmara de combustão e a influência das interações turbulência-radiação (TRI). Os resultados obtidos com o primeiro cenário estudado mostraram que os campos de temperatura e do termo fonte de calor radiativo, assim como a transferência de calor para a parede da câmara e a fração radiativa sofreram variações importantes com o aumento da intensidade de turbulência; em casos extremos (comparando intensidades de turbulência de 3% e de 20%) a taxa de transferência de calor por radiação na parede da câmara teve aumento de 68,2 kW (aumento de 54,2%). No cenário de estudo que compara o efeito das interações TRI, verifica-se um papel importante sobre o campo de temperaturas, no qual a temperatura máxima diminuiu com o aumento da intensidade do promotor de turbulência quando se consideraram as interações TRI; observou-se também que a transferência de calor radiativa aumentou quando as interações TRI foram consideradas (aumento na faixa de 20% para ambos valores de IT estudados), demonstrando assim a importância de considerar as interações TRI nos cálculos.