Neste trabalho, desenvolvem-se mecanismos esqueletos e mecanismos cinéticos reduzidos para chamas difusivas de etileno e de propano. A obtenção desses mecanismos segue as hipóteses da redução sistemática, que consiste em aplicar as hipóteses de regime permanente e de equilíbrio parcial nas reações do mecanismo detalhado. Aplicando as hipóteses de equilíbrio parcial, chega-se a um mecanismo esqueleto para o etileno e um para o propano. Esses mecanismos são verificados através dos solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver ) e VODE (Variable-Coefficient ODE Solver ), e os resultados são apresentados em termos da fração mássica no espaço da fração de mistura. Os resultados para o propano são comparados com os do mecanismo detalhado e os resultados para o etileno são comparados com o mecanismo global. Tais resultados estão de acordo com os dados encontrados na literatura. Os mecanismos cinéticos reduzidos para o etileno e o propano são obtidos aplicando as hipóteses de regime permanente em algumas espécies nos mecanismos esqueletos. Desta forma, chega-se a um mecanismo cinético reduzido de quatro etapas para o etileno e um de nove etapas para o propano. Esses mecanismos reduzidos são justificados através da análise assintótica. / This work develops skeleton mechanisms and reduced kinetic mechanisms for ethylene and propane diffusion flames. The reduction of these mechanisms follows the hypotheses of systematic reduction, which consists in applying the assumptions of steady state and partial equilibrium to the reactions of the detailed mechanism. Applying the partial equilibrium hypotheses, one obtains a skeleton mechanism for ethylene and for propane. These mechanisms are verified through solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver) and VODE (Variable-Coefficient ODE Sol- ver), and the results are presented in terms of mass fraction in the mixture fraction space. The results for propane are compared with the detailed mechanism and those for ethylene are compared with the global mechanism. These results are in good agreement with data found in the literature. The reduced kinetic mechanisms for ethylene and for propane are obtained by applying the assumptions of steady state for some species of the skeleton mechanisms. In this way, it is obtained a reduced kinetic mechanism of four steps for ethylene and of nine steps for propane. These reduced mechanisms were justified by asymptotic analysis.

Neste trabalho apresenta-se uma modelagem e a simulação de chamas difusivas turbulentas de etanol. A pesquisa trata da simulação da mistura molecular envolvendo reações químicas e combustão. Como os modelos de cinética química detalhada podem tornar-se computacionalmente proibitivos, por possuírem inúmeras reações e várias espécies, modelos cinéticos reduzidos são adotados. O mecanismo de oxidação do etanol utilizado possui 372 reações elementares e 56 espécies. Para diminuir a rigidez do sistema de equações rea- tivas resultantes, desenvolveu-se um mecanismo reduzido através do Método de Redução Sistemático, que usa as hipóteses de equilíbrio parcial e de regime permanente. A técnica Reaction Difusion Manifolds (REDIM), que aplica o conceito de variedade invariante, também foi implementada. A formulação Euleriana é utilizada para resolver as equações governantes da fase gasosa, que incluem as equações de Navier-Stokes, fração de mistura, fração mássica das espécies e temperatura. O efeito das gotas, fase líquida, é considerado pela introdução de termos fonte apropriados nas equações da fase gasosa. A Simulação em Grandes Escalas é utilizada para representar o fluxo turbulento com o modelo submalha de Smagorinsky para modelar a viscosidade turbulenta. Na simulação numérica adota-se o método de diferenças finitas com um sistema não oscilatório do tipo Total Variation Diminishing (TVD). O domínio é um queimador tridimensional com malha não uniforme para garantir a eficiência e precisão nos resultados em regiões onde o refinamento faz-se necessário. Para validar o modelo, além dos resultados numéricos para chamas difusivas de etanol, também realiza-se testes numéricos para chamas difusivas de metano e metanol, e os resultados obtidos comparam favoravelmente com dados encontrados na literatura. / This work presents the modeling and simulation of turbulent diffusion flames of etha- nol. The study addresses the simulation of the molecular mixing, chemical reactions and combustion. Since detailed chemical kinetics models may be computationally prohibitive, reduced kinetic models are adopted. The ethanol oxidation mechanism consists of 372 elementary reactions and 56 species. To decrease the stiffness of the reactive system of equations, a reduced mechanism is developed using the Systematic Reduction Method, based on the partial equilibrium and steady-state approximations. The Reaction Diffusion Manifolds (REDIM) technique, which applies the concept of invariant manifolds to treat the influence of the transport processes on the reduced model, is also employed. The Eule- rian formulation is used to solve the governing equations of the gas phase, which includes the Navier-Stokes, mixture fraction, species mass fraction and temperature equations. The effect of the drops, the liquid phase, is considered by introducing appropriate source terms in the equations of the gas phase. Large-Eddy Simulation is used to represent the turbulent flow with the Smagorinsky model for the turbulent viscosity. The numerical simulations are carried out using the finite difference method with a non oscillatory Total Variation Diminishing (TVD) scheme. The burner is a three-dimensional domain with nonuniform mesh to ensure efficiency and accuracy in regions where mesh refinement is necessary. To validate the model, besides the numerical results for diffusive flames of ethanol, numerical tests for methane and methanol diffusive flames are also carried out and the results compare favourably with data in the literature.

Neste trabalho, desenvolvem-se mecanismos esqueletos e mecanismos cinéticos reduzidos para chamas difusivas de etileno e de propano. A obtenção desses mecanismos segue as hipóteses da redução sistemática, que consiste em aplicar as hipóteses de regime permanente e de equilíbrio parcial nas reações do mecanismo detalhado. Aplicando as hipóteses de equilíbrio parcial, chega-se a um mecanismo esqueleto para o etileno e um para o propano. Esses mecanismos são verificados através dos solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver ) e VODE (Variable-Coefficient ODE Solver ), e os resultados são apresentados em termos da fração mássica no espaço da fração de mistura. Os resultados para o propano são comparados com os do mecanismo detalhado e os resultados para o etileno são comparados com o mecanismo global. Tais resultados estão de acordo com os dados encontrados na literatura. Os mecanismos cinéticos reduzidos para o etileno e o propano são obtidos aplicando as hipóteses de regime permanente em algumas espécies nos mecanismos esqueletos. Desta forma, chega-se a um mecanismo cinético reduzido de quatro etapas para o etileno e um de nove etapas para o propano. Esses mecanismos reduzidos são justificados através da análise assintótica. / This work develops skeleton mechanisms and reduced kinetic mechanisms for ethylene and propane diffusion flames. The reduction of these mechanisms follows the hypotheses of systematic reduction, which consists in applying the assumptions of steady state and partial equilibrium to the reactions of the detailed mechanism. Applying the partial equilibrium hypotheses, one obtains a skeleton mechanism for ethylene and for propane. These mechanisms are verified through solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver) and VODE (Variable-Coefficient ODE Sol- ver), and the results are presented in terms of mass fraction in the mixture fraction space. The results for propane are compared with the detailed mechanism and those for ethylene are compared with the global mechanism. These results are in good agreement with data found in the literature. The reduced kinetic mechanisms for ethylene and for propane are obtained by applying the assumptions of steady state for some species of the skeleton mechanisms. In this way, it is obtained a reduced kinetic mechanism of four steps for ethylene and of nine steps for propane. These reduced mechanisms were justified by asymptotic analysis.

Neste trabalho, desenvolvem-se mecanismos esqueletos e mecanismos cinéticos reduzidos para chamas difusivas de etileno e de propano. A obtenção desses mecanismos segue as hipóteses da redução sistemática, que consiste em aplicar as hipóteses de regime permanente e de equilíbrio parcial nas reações do mecanismo detalhado. Aplicando as hipóteses de equilíbrio parcial, chega-se a um mecanismo esqueleto para o etileno e um para o propano. Esses mecanismos são verificados através dos solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver ) e VODE (Variable-Coefficient ODE Solver ), e os resultados são apresentados em termos da fração mássica no espaço da fração de mistura. Os resultados para o propano são comparados com os do mecanismo detalhado e os resultados para o etileno são comparados com o mecanismo global. Tais resultados estão de acordo com os dados encontrados na literatura. Os mecanismos cinéticos reduzidos para o etileno e o propano são obtidos aplicando as hipóteses de regime permanente em algumas espécies nos mecanismos esqueletos. Desta forma, chega-se a um mecanismo cinético reduzido de quatro etapas para o etileno e um de nove etapas para o propano. Esses mecanismos reduzidos são justificados através da análise assintótica. / This work develops skeleton mechanisms and reduced kinetic mechanisms for ethylene and propane diffusion flames. The reduction of these mechanisms follows the hypotheses of systematic reduction, which consists in applying the assumptions of steady state and partial equilibrium to the reactions of the detailed mechanism. Applying the partial equilibrium hypotheses, one obtains a skeleton mechanism for ethylene and for propane. These mechanisms are verified through solvers DASSL (Differential/Algebraic Systems Solver) and VODE (Variable-Coefficient ODE Sol- ver), and the results are presented in terms of mass fraction in the mixture fraction space. The results for propane are compared with the detailed mechanism and those for ethylene are compared with the global mechanism. These results are in good agreement with data found in the literature. The reduced kinetic mechanisms for ethylene and for propane are obtained by applying the assumptions of steady state for some species of the skeleton mechanisms. In this way, it is obtained a reduced kinetic mechanism of four steps for ethylene and of nine steps for propane. These reduced mechanisms were justified by asymptotic analysis.

Neste trabalho apresenta-se uma modelagem e a simulação de chamas difusivas turbulentas de etanol. A pesquisa trata da simulação da mistura molecular envolvendo reações químicas e combustão. Como os modelos de cinética química detalhada podem tornar-se computacionalmente proibitivos, por possuírem inúmeras reações e várias espécies, modelos cinéticos reduzidos são adotados. O mecanismo de oxidação do etanol utilizado possui 372 reações elementares e 56 espécies. Para diminuir a rigidez do sistema de equações rea- tivas resultantes, desenvolveu-se um mecanismo reduzido através do Método de Redução Sistemático, que usa as hipóteses de equilíbrio parcial e de regime permanente. A técnica Reaction Difusion Manifolds (REDIM), que aplica o conceito de variedade invariante, também foi implementada. A formulação Euleriana é utilizada para resolver as equações governantes da fase gasosa, que incluem as equações de Navier-Stokes, fração de mistura, fração mássica das espécies e temperatura. O efeito das gotas, fase líquida, é considerado pela introdução de termos fonte apropriados nas equações da fase gasosa. A Simulação em Grandes Escalas é utilizada para representar o fluxo turbulento com o modelo submalha de Smagorinsky para modelar a viscosidade turbulenta. Na simulação numérica adota-se o método de diferenças finitas com um sistema não oscilatório do tipo Total Variation Diminishing (TVD). O domínio é um queimador tridimensional com malha não uniforme para garantir a eficiência e precisão nos resultados em regiões onde o refinamento faz-se necessário. Para validar o modelo, além dos resultados numéricos para chamas difusivas de etanol, também realiza-se testes numéricos para chamas difusivas de metano e metanol, e os resultados obtidos comparam favoravelmente com dados encontrados na literatura. / This work presents the modeling and simulation of turbulent diffusion flames of etha- nol. The study addresses the simulation of the molecular mixing, chemical reactions and combustion. Since detailed chemical kinetics models may be computationally prohibitive, reduced kinetic models are adopted. The ethanol oxidation mechanism consists of 372 elementary reactions and 56 species. To decrease the stiffness of the reactive system of equations, a reduced mechanism is developed using the Systematic Reduction Method, based on the partial equilibrium and steady-state approximations. The Reaction Diffusion Manifolds (REDIM) technique, which applies the concept of invariant manifolds to treat the influence of the transport processes on the reduced model, is also employed. The Eule- rian formulation is used to solve the governing equations of the gas phase, which includes the Navier-Stokes, mixture fraction, species mass fraction and temperature equations. The effect of the drops, the liquid phase, is considered by introducing appropriate source terms in the equations of the gas phase. Large-Eddy Simulation is used to represent the turbulent flow with the Smagorinsky model for the turbulent viscosity. The numerical simulations are carried out using the finite difference method with a non oscillatory Total Variation Diminishing (TVD) scheme. The burner is a three-dimensional domain with nonuniform mesh to ensure efficiency and accuracy in regions where mesh refinement is necessary. To validate the model, besides the numerical results for diffusive flames of ethanol, numerical tests for methane and methanol diffusive flames are also carried out and the results compare favourably with data in the literature.