Orientador: Luiz Fernando Milanez / Tese (doutorado) - Universidade Estadualde Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-13T22:00:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gallo_WaldyrLuizRibeiro_D.pdf: 10096394 bytes, checksum: 60f28bc39e1024f26557a905746f7351 (MD5) Previous issue date: 1990 / Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de simulação para motores de ignição por centelha que inclui a transmissão de calor instantânea. o processo de combustão com duração finita bem como os processos de admissão e escape. O modelo desenvolvido realiza os cálculos de propriedades termodinâmicas - incluindo a exergia -de cada parcela do fluido operante (ar, combustivel, residuos de combustão, produtos de combustão) e suas misturas. Além das caracteristicas comuns aos modelos termodinâmicos de simulação, a determinação da irreversibilidade instantânea, das eficiências exergéticas de cada processo e uma análise ,exergética global para o ciclo estão incluidas. Com base no método de simulação desenvolvido são apresentadas as análises de Primeira e Segunda Leis para um estudo paramétrico que inclui os efeitos de rotação. qualidade da mistura, carga, sincronismo de válvulas e parâmetros da combustão. As caracteristicas especificas de um motor a álcool são comparadas às de uma ver são à gasolina do mesmo motor também com base na análise exergética, com especial ênfase quanto à destruição de exergia no processo de combustão / Abstract: In this work a model is developed to simulate the heat transfer, combustion, admission and exhaust processes in spark-ignition internal combustion engines. The model obtained is able to evaluate the thermodynamic properties - including the exergy - of each portion of the working fluid (air, fuel, combustion products and residues). Usual characteristics obtained from thermodynamics models of simulation are presented. Also included are the determination of the instantaneos irreversibility , the exergetic efficiency for each process and an overall exergetic analysis. First and second law analysis are presented, based on the effects of engine speed, air/fuel ratio, engine load, valve events and combustion parameters are discussed. Particular characteristics of an alcohol engine are compared to the gasoline version of the same engine also based on exergetic analysis, with special attention to the exergy destruction in the combustion process / Doutorado / Doutor em Engenharia Mecânica

Orientadores : Raymond Burnyeat Peel , Carlos Alberto Luengo / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Campinas / Made available in DSpace on 2018-07-16T11:27:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_FranciscoJosedos_M.pdf: 1797992 bytes, checksum: fbbb6c98913d429f07b600e6181c7e96 (MD5) Previous issue date: 1981 / Resumo: Neste trabalho discutem-se os resultados obtidos na pesquisa da combustão fluidizada de vários combustiveis. Foram construidos e operados dois reatores de leito fluidizado, com 200 mm de diametro, um modelo de vidro a escala natural e um mini-leito fluidizado, sendo que este ultimo foi utilizado no estudo da taxa de aquecimento de uma unica particula dentro de um leito pre-aquecido a cerca de 760 9C. Desenvolveram-se testes de. combustão com: carvão mineral, carvao ativado, carvão vegetal siderúrgico, cavaco de madeira, sabugo de milho, serragem, casca de arroz e bagaço de cana. Discute-se a maneira pela qual as diversas propriedades dos diferentes combustiveis influenciam a performance de um combustor de leito fluidizado. Um dos reatores foi equipado com um sistema extrator de calor do leito como passo obrigatório na sua transformação numa mini-caldeira. Apresentam-se dados representativos de funcionamento do protótipo / Abstract: Not informed / Mestrado / Mestre em Engenharia Mecânica

O presente trabalho apresenta uma investigação experimental sobre a influência da presença de uma zona de recirculação interna (ZRI) no processo de combustão de gás natural. Basicamente os experimentos foram conduzidos para verificar a influência da ZRI no limite de "blow out", balanço de energia e emissões de CO e NO. Um queimador com configuração especial foi projetado para permitir mudanças na intensidade da ZRI e os experimentos foram conduzidos em uma câmara de combustão horizontal refrigerada e de escala laboratorial. A intensidade da ZRI foi caracterizada pelo número de "swirl" e o número de Reynolds do jato de gás natural, ambos calculados pela geometria do queimador e condições dos escoamentos dos reagentes. Os resultados mostraram que aumentando o número de "swirl" é possível estender o limite de "blow out", principalmente para baixos números de Reynolds. Outra observação importante é a tendência da redução do NO quando a intensidade da ZRI aumenta e a emissão desse poluente não é muito influenciada pelo número de Reynolds do jato. Contudo, o número de Reynolds tem uma importante influência na emissão de CO, maior números de Reynolds aumentam o processo de mistura entre o ar e o jato de combustível por efeito de carreamento. Mas aumentando a intensidade de ZRI para minimizar a emissão de NO pode produzir altos níveis de CO. Desta forma, os resultados apontaram que a ZRI ideal para conciliar as emissões de CO e NO é uma solução de compromisso.

A combustão pulsante se apresenta como uma tecnologia promissora para atingir processos com melhor eficiência térmica com redução de emissão de alguns poluentes. Contudo, para o amadurecimento dessa tecnologia, faz-se necessário ainda pesquisas e desenvolvimentos tecnológicos para entender melhor os fenômenos envolvidos. Dentro desse contexto, o presente trabalho se propôs a estudar experimentalmente a influência do campo acústico na combustão de álcool em spray. Para esse experimento, foi projetado um queimador acústico com injetor centrífugo específico para essa tarefa. Os experimentos foram realizados em um combustor cilíndrico, vertical, com diâmetro de 25 cm, comprimento de 125 cm e refrigerado com água circulante em jaqueta. O campo acústico de ondas senoidais que excitou o combustor tinha pressão acústica entre 0 a 5kPa e a variação da freqüência entre 50 a 1300Hz. As medidas foram executadas nas freqüências de excitação do queimador. Os resultados mostraram que a presença do campo acústico pode reduzir consideravelmente as emissões de poluentes decorrentes de oxidação parcial como monóxido de carbono e hidrocarbonetos não queimados; contudo, para os óxidos de nitrogênio a redução desses só ocorre mediante algumas situações de oscilação e, sobretudo, em condições de combustão com elevado excesso de ar. Além disso, a equação da onda acústica foi calculada com as condições de contorno do experimento, concluindo-se que o deslocamento acústico é uma grandeza física melhor do que a freqüência para se estudar a combustão pulsante.

Para o desenvolvimento dos estudos da combustão supersônica está sendo montada no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais), em parceria com o IEAv (Instituto de Estudos Avançados), uma bancada de testes do tipo diretamente-conectada, para ensaios de combustores supersônicos. Esta bancada, junto com o túnel de choque hipersônico e o lançador hipersônico de massa, existentes no IEAv, formam o conjunto dos três equipamentos para ensaios em solo de aerotermodinâmica, necessários para a pesquisa e o desenvolvimento de motores aspirados do tipo "scramjets" ("supersonic combustion ramjets") e para testes de aerodinâmica interna e externa de modelos reduzidos de veículos hipersônicos. A bancada é formada basicamente por uma câmara de combustão, conhecida como gerador de ar viciado, acoplada a um bocal supersônico, cuja função é simular as condições do escoamento de ar atmosférico atrás de ondas de choque cônicas ou oblíquas que se formam em frente a veículos voando com velocidades hipersônicas. As características principais deste escoamento são de temperaturas elevadas, obtidas no gerador de ar viciado por combustão, e de velocidades supersônicas, obtidas no bocal supersônico. Para que a bancada funcione realmente como um equipamento de ensaios é necessário se ter o controle sobre as condições do escoamento de teste na saída da mesma. Assim surgiu a necessidade de se fazer uma avaliação completa do escoamento no interior desta bancada para se conhecer todos os fenômenos envolvidos no processo e obter a relação entre as condições do escoamento na entrada da câmara de combustão do gerador de ar viciado, as quais podem ser manipuladas, e as condições do escoamento de teste na saída do bocal supersônico que devem ser simuladas. A caracterização completa do escoamento no interior da bancada foi feita, neste trabalho, em três partes: a primeira é o estudo do escoamento cônico considerando o ar atmosférico, para a obtenção das condições do vôo real que devem ser simuladas, a segunda é a avaliação do processo de combustão no interior do gerador de ar viciado para a obtenção das condições de temperatura desejadas na saída da câmara de combustão e a terceira é o estudo do escoamento através do bocal supersônico convergente-divergente para a obtenção das condições de velocidade do ar viciado já aquecido a serem geradas na saída da bancada. Com o conhecimento obtido neste trabalho é possível controlar e sintonizar as condições de ensaio desejadas na saída da bancada de testes de combustão supersônica através somente da variação das vazões dos reagentes na entrada da câmara de combustão do gerador de ar viciado.

Esta dissertação apresenta um estudo experimental da influência dos parâmetros de operação na estrutura da Zona Central de Recirculação (ZCR) formada na saída da câmara primária de um novo conceito de câmara de combustão com swirler para turbinas a gás, visto que esta influencia diretamente na mistura dos reagentes, na absorção de instabilidades e, significativamente, no processo de combustão. Para o estudo foi empregada a técnica de Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV). Esta nova configuração de combustor baseia-se nos conceitos de combustão pobre pré-misturada e RQL (Rich-Quench-Lean) para permitir a redução das emissões de NOx através do controle dos parâmetros de operação. Basicamente, três parâmetros adimensionais foram variados que regulam o processo de combustão: número de swirl do escoamento secundário (S), razão comprimento/diâmetro da câmara primária (L/D) e número de Reynolds do escoamento primário (Rep). Os resultados mostraram que para uma configuração de combustor operando com alto número de swirl, alto número de Reynolds do escoamento de ar primário e alta razão comprimento/diâmetro permite obter uma zona central de recirculação forte, estável e bem definida quando comparadas com as obtidas para outras combinações entre os parâmetros de operação estudados. Também, verificou-se que o estudo de escoamentos com swirl através da técnica PIV não é uma tarefa trivial, no entanto, foi possível obter resultados em acordo com os apresentados na literatura.

Um modelo teórico de investigação de instabilidade de combustão é apresentado onde o mecanismo de instabilidade é o atraso na resposta da taxa de queima à perturbação da pressão junto a superfície de queima devido ao gradiente de temperatura junto a superfície de queima e sua interação com o fluxo que deixa a tubeira. Perturbações na taxa de queima e perturbações na pressão são relacionadas num sistema de malha fechada. Flutuações na taxa de queima provocam flutuações na pressão através da função de transferência na câmara. Estas flutuações na pressão são realimentadoras de flutuações na taxa de queima através da função de transferência da combustão. Expressões são derivadas para as duas funções de transferência, resultando uma correlação entre a pressão crítica, para um dado propelente e o comprimento característico L*. Os resultados são comparados com dados experimentais obtidos no Jet Propulsion Laboratory.

Este trabalho apresenta um modelo alternativo de câmara de combustão com baixa emissão de NOx para aplicação em turbinas a gás. Trata-se de um combustor de duplo estágio com "swirler", no qual a condição desfavorável à formação de poluentes é alcançada mediante o controle da dinâmica do escoamento dos reagentes e dos gases de combustão no combustor. A combustão desenvolve-se em dois estágios ou câmaras e em um regime global de combustão pobre. Para a combustão na câmara secundária, dependendo dos parâmetros de operação, algumas oscilações acústicas ocorrem. Os parâmetros operacionais que controlam o processo de combustão são: a razão de equivalência global, o número de Reynolds do jato de combustível (Rej), o número de "swirl" do escoamento de ar (S';) e razão comprimento/diâmetro da câmara primária (L/D), sendo o objetivo do presente trabalho a análise da influência destes parâmetros sobre as emissões de poluentes (CO, Hidrocarbonetos Totais e NOx) e o surgimento de instabilidades de combustão. Os resultados mostraram que quando os parâmetros envolvidos contribuem para uma melhor uniformidade da mistura, isto é, maiores razões L/D, elevados número de "swirl" e menores números de Reynolds as emissões de CO e hidrocarbonetos totais são reduzidas. Para o NOx as mesmas tendências são observadas, sendo a única exceção para o número de "swirl", ou seja, os níveis de NOx aumentam com a elevação do referido parâmetro. A razão de equivalência, como esperado, influencia as emissões de maneira distinta. Enquanto que sua elevação reduz as emissões de CO e hidrocarbonetos totais, aumenta as de NOx. Os resultados também mostraram a supressão das instabilidades mediante a utilização de maior diâmetro para a câmara secundária.

This work presents one and two dimensional numerical results for combustion of an air/methane mixture in inert porous media, using both laminar and turbulence models, and radiation. Comparisons with experimental data are reported. The burner used as reference is composed by a preheating section followed by a combustion region. Macroscopic equations for mass, momentum and energy are obtained based on the volume average concept. Distinct energy equations are considered for the solid phase and the flowing gas. The numerical technique employed for discretizing the governing equations was the control volume method with a boundary-fitted non-orthogonal coordinate system. The SIMPLE algorithm was used to relax the entire equation set. Inlet velocity, excess air ratio, porosity and solid thermal conductivity were varied in order to investigate their effect on temperature profiles and flame front position. Results indicate that higher inlet velocities result in higher gas temperatures, pushing the flame front towards the exit of the burner, following a similar trend observed in the experimental data used for comparisons. Burning mixtures close to the stoichiometric conditions also increased temperatures, as expected, and brings the flame front to preheating region, next to inlet. Increasing the thermal conductivity of the preheating section reduced peak temperature in combustion region. The use of porous material with very high thermal conductivity on the combustion region did not affect significantly temperature levels or flame front profiles.

Trata do fenômeno da detonação nos motores de combustão interna. Discute os fatores de influência na ocorrência e intensidade de detonação e alguns métodos para sua quantificação. Descreve uma metodologia de quantificação baseada na análise espectral do sinal de pressão da câmara de combustão. A intensidade da detonação é tomada como uma medida da energia das componentes freqüênciais do sinal situadas em uma faixa de freqüências característica deste fenômeno. Inclui os testes preliminares realizados, os fundamentos matemáticos da amostragem e análise espectral utilizada e a importância destes na interpretação dos resultados. Apresenta os resultados obtidos para três velocidades de operação (2000 rpm, 3000 rpm e 4000 rpm) e três condições de avanço de ignição do motor (avanço de fábrica, ignição avançada em 6 graus e atrasada em 4 graus), totalizando 270 ciclos analisados. Comenta as vantagens deste método, que utiliza a pressão da câmara de combustão em vez de sinais de acelerômetros, comumente empregados em sistemas de controle de detonação de motores de ignição por centelha. / This work deals with knock in internal combustion engines. The influence factors on knock occurrence and intensity and some quantification methods are discussed. A knock quantification methodology based on spectral analysis of the combustion chamber pressure signal is described, Knock intensity is taken as a measurement of the energy in the frequential components of the signal inside a frequency range characteristic of the phenomenon. It is presented the preliminary tests, the mathematical background of sampling and spectral analysis and their importance in result analysis. It is reported the results for three speeds (2000 rpm, 3000 rpm and 4000 rpm) and tree ignition advance conditions (factory default, ignition advanced in 6 degrees and delayed in 4 degrees), totaling 270 analyzed cycles. The advantages of this method, which employs the combustion chamber pressure, is also commented, over those which use accelerometer signals, commonly employed in knock controI systems of spark ignited engines.