This research project investigated the option of steelmaking with the ESS furnace by using computational modelling to estimate steady state decarburisation rates. It focused on understanding metallurgical phenomena that would dictate refining rates of molten pig iron with iron ore. The results obtained are aimed at designers and potential users of the furnace technology to improve their understanding of the expected steady-state process behaviour. A mass-and-energy-balance model with a decarburisation sub-model was developed to estimate feed material requirements for steady state operation. Modelling and simulation results suggest that it may not be possible to produce steel under the conditions proposed. However, the furnace still holds potential if ideal operational conditions are understood and applied. Modelling also gave insight into which areas areas of concern, such as bubble formation in the furnace’s channel induction heaters, and necessity for a well designed refractory lining to contain heat and allow the process to operate at a stable condition under the conditions proposed. Keywords: ESS furnace, steelmaking, metallurgical analysis, modelling, mass and energy balance, decarburisation kinetics / Dissertation (MEng)--University of Pretoria, 2020. / Materials Science and Metallurgical Engineering / MEng / Unrestricted

O ensino da física tem sido alvo de muitas pesquisas nas últimas décadas e o tema da inovação curricular, no cenário brasileiro, é bastante presente. A inserção da física moderna no ensino médio foi tratada por muitos educadores, principalmente no que diz respeito a metodologias e estratégias. Neste trabalho, abordamos a mesma temática, mas com maior ênfase em questões internalistas. Nosso interesse principal consistiu em acompanhar o percurso epistemológico de um tema de física moderna, a equivalência entre massa e energia, desde o âmbito acadêmico erudito até a sala de aula. Partimos de uma revisão do conceito de massa, em três contextos diferentes, o da mecânica clássica, do eletromagnetismo e da relatividade, com a finalidade de mostrar que as propriedades da inércia e da atratibilidade, que na concepção newtoniana são atributos da matéria, passam a ser da energia, na relatividade. Essa revisão resultou em um material escrito sobre o tema, motivado pela percepção que o ensino da fórmula E = mc2 está praticamente ausente dos livros didáticos destinados aos ensinos superior e médio. A partir do nosso texto, desenvolvemos uma sequência didática sobre o conceito de massa, seguindo a metodologia da pesquisa baseada em design e, em seguida, implementamos um curso para professores de física do ensino médio, que foi aplicado por um professor implementador, com experiência no ensino superior. Este professor teve acesso ao material escrito antes do design, participou de reuniões preparatórias e ajudou a desenvolver um manual de instrução para a implementação do curso. Para compreender o fluxo do conceito de massa em diferentes esferas, utilizamos a Teoria da Transposição Didática, de Chevallard. Isto permitiu definir a Intenção Didática do curso, que foi decomposta em cinco componentes: matemática, ordenamento, significação, epistemologia e re-significação. Nossa questão de pesquisa está relacionada à atuação do professor que ministrou este curso e à sua apropriação desta intenção didática. Suas aulas foram registradas e analisadas com métodos de pesquisa qualitativa. A análise dos dados mostrou que existe uma correlação entre a dificuldade de manifestação da intenção didática e conteúdos inovadores. À medida que o curso progredia e o conteúdo de física moderna aparecia, a dificuldade do professor em expressar a intenção didática aumentava. Os resultados de nossa pesquisa indicam, também, que estas dificuldades estão diretamente relacionadas à natureza do conhecimento científico e, consequentemente, à vivência em epistemologia por parte do professor. / A considerable amount of research on Physics Teaching has been performed in the last decades. In Brazil, the insertion of modern Physics in high schools has already been considered by a number of researchers, mostly regarding methodologies and strategies. In this work, we have approached the same subject, but emphasized internalistic matters. Our main interest was to follow the epistemological path of a theme of modern Physics, the mass-energy equivalence, from the scholar realm to the classroom. We began by making a revision of the mass concept in three different frameworks, namely classical mechanics, electromagnetism and relativity, with the purpose of amassing evidence that the properties of inertia and attractibility, which were attributes of matter in Newtonian mechanics, shift to the energy, in relativity. This revision yielded a written material about the theme, motivated by the perception that discussions of the formula E=mc2 are practically absent from textbooks used in both high school and basic courses at university. Our text was used to develop a didactic sequence about the concept of mass, employing the design based research methodology, followed by a course aimed at high school teachers, run by an invited implementer teacher, who had already experience at university. This teacher had access to the text produced before the design, took part in preparatory meetings and helped to develop an instruction manual used in the course. In order to understand the flux of the mass concept along different spheres, we employed Chevallard\'s Didactic Transposition Theory. This allowed the definition of the Didactic Intention of the course, which was decomposed into five components: mathematics, ordering, signification, epistemology and re-signification. Our research question is related to the actions performed by the implementer teacher during the course and to his appropriation of the didactic intention. His classes were recorded and analyzed, using methods of qualitative research. The analysis of data has shown that there is a correlation between his difficulties in manifesting the didactic intention and innovative contents. As the course progressed and modern Physics contents appeared, the difficulty the teacher had in manifesting the didactic intention increased. Our results also indicate that these difficulties are directly related with the nature of scientific knowledge and, therefore, associated with the experience teacher had in dealing with epistemology.

O ensino da física tem sido alvo de muitas pesquisas nas últimas décadas e o tema da inovação curricular, no cenário brasileiro, é bastante presente. A inserção da física moderna no ensino médio foi tratada por muitos educadores, principalmente no que diz respeito a metodologias e estratégias. Neste trabalho, abordamos a mesma temática, mas com maior ênfase em questões internalistas. Nosso interesse principal consistiu em acompanhar o percurso epistemológico de um tema de física moderna, a equivalência entre massa e energia, desde o âmbito acadêmico erudito até a sala de aula. Partimos de uma revisão do conceito de massa, em três contextos diferentes, o da mecânica clássica, do eletromagnetismo e da relatividade, com a finalidade de mostrar que as propriedades da inércia e da atratibilidade, que na concepção newtoniana são atributos da matéria, passam a ser da energia, na relatividade. Essa revisão resultou em um material escrito sobre o tema, motivado pela percepção que o ensino da fórmula E = mc2 está praticamente ausente dos livros didáticos destinados aos ensinos superior e médio. A partir do nosso texto, desenvolvemos uma sequência didática sobre o conceito de massa, seguindo a metodologia da pesquisa baseada em design e, em seguida, implementamos um curso para professores de física do ensino médio, que foi aplicado por um professor implementador, com experiência no ensino superior. Este professor teve acesso ao material escrito antes do design, participou de reuniões preparatórias e ajudou a desenvolver um manual de instrução para a implementação do curso. Para compreender o fluxo do conceito de massa em diferentes esferas, utilizamos a Teoria da Transposição Didática, de Chevallard. Isto permitiu definir a Intenção Didática do curso, que foi decomposta em cinco componentes: matemática, ordenamento, significação, epistemologia e re-significação. Nossa questão de pesquisa está relacionada à atuação do professor que ministrou este curso e à sua apropriação desta intenção didática. Suas aulas foram registradas e analisadas com métodos de pesquisa qualitativa. A análise dos dados mostrou que existe uma correlação entre a dificuldade de manifestação da intenção didática e conteúdos inovadores. À medida que o curso progredia e o conteúdo de física moderna aparecia, a dificuldade do professor em expressar a intenção didática aumentava. Os resultados de nossa pesquisa indicam, também, que estas dificuldades estão diretamente relacionadas à natureza do conhecimento científico e, consequentemente, à vivência em epistemologia por parte do professor. / A considerable amount of research on Physics Teaching has been performed in the last decades. In Brazil, the insertion of modern Physics in high schools has already been considered by a number of researchers, mostly regarding methodologies and strategies. In this work, we have approached the same subject, but emphasized internalistic matters. Our main interest was to follow the epistemological path of a theme of modern Physics, the mass-energy equivalence, from the scholar realm to the classroom. We began by making a revision of the mass concept in three different frameworks, namely classical mechanics, electromagnetism and relativity, with the purpose of amassing evidence that the properties of inertia and attractibility, which were attributes of matter in Newtonian mechanics, shift to the energy, in relativity. This revision yielded a written material about the theme, motivated by the perception that discussions of the formula E=mc2 are practically absent from textbooks used in both high school and basic courses at university. Our text was used to develop a didactic sequence about the concept of mass, employing the design based research methodology, followed by a course aimed at high school teachers, run by an invited implementer teacher, who had already experience at university. This teacher had access to the text produced before the design, took part in preparatory meetings and helped to develop an instruction manual used in the course. In order to understand the flux of the mass concept along different spheres, we employed Chevallard\'s Didactic Transposition Theory. This allowed the definition of the Didactic Intention of the course, which was decomposed into five components: mathematics, ordering, signification, epistemology and re-signification. Our research question is related to the actions performed by the implementer teacher during the course and to his appropriation of the didactic intention. His classes were recorded and analyzed, using methods of qualitative research. The analysis of data has shown that there is a correlation between his difficulties in manifesting the didactic intention and innovative contents. As the course progressed and modern Physics contents appeared, the difficulty the teacher had in manifesting the didactic intention increased. Our results also indicate that these difficulties are directly related with the nature of scientific knowledge and, therefore, associated with the experience teacher had in dealing with epistemology.

The boiler flue gas furnace exit temperature (FET) is a key operating parameter of coal fired steam boilers. From the design perspective, the FET is vital for materials selection and sizing of heat transfer surfaces. From an operating perspective, it is a major indicator of the rate of combustion and heat transfer that is occurring within the furnace. Downstream of the furnace, the FET has a significant impact on both the performance and reliability of the boiler heat exchangers, which ultimately impacts on both boiler efficiency and availability. Monitoring of the FET can advise operating and engineering corrective actions which will ultimately result in better efficiency, reliability and availability together with the associated economic benefits. Therefore, methods of determining FET are investigated. Two methods are focused on for this study, one indirect and one direct. The indirect method studied is a mass and energy balance method which begins with a global boiler mass and energy balance to calculate the major boiler flow rates of coal, air and flue gas which are difficult to measure online. These parameters are then used as inputs into a furnace or backpass mass and energy balance to calculate the furnace exit temperature. The method is applied to a case study, and is evaluated in terms of the measurement uncertainties which are propagated on the intermediate parameters calculated, as well as on the final calculated FET. The main conclusions are that this indirect method contains various uncertainties, due to parameters which have to be assumed such as (i) the distribution of ingress air (also called tramp air) in the different sections of the boiler and (ii) the estimation of the share of water evaporation heat transfer occurring in the water walls of the furnace part of the boiler. The method is however still useful and can be easily applied to any boiler layout and can be used as a reference tool to verify other measurements. The direct method studied is acoustic pyrometry. The work specifically focuses on the sources of error in determining the temperature from the measurement of the time of flight of sound, the impact of particle concentration on the speed of sound through a gas-particle mixture, and the temperature profile reconstruction from acoustic time of flight measurements. A limited set of physical testing was also carried out using one acoustic generator and receiver to take measurements on a real coal power plant. As part of this physical testing, the detection of time of flight from acoustic signals was explored. Already installed radiation pyrometers were also used as a reference for interpreting the acoustic measurements. The indications are that the acoustic pyrometer provides a more representative temperature measurement than the radiation pyrometers. The uncertainty of the acoustic measurement for the same case study as the indirect method was determined and compared with the calculated result. While many aspects still need to be researched further, this initial study and experimental testing produced very promising results for future application of acoustic pyrometry for better monitoring of the coal combustion processes in power plant boilers.

<p>The primary goal of the research is to examine the expander manufacturing process of an industry, observe how the industry may sustainably be manufacturing elements throughout its entire manufacturing process, and analyze the advantages of doing so. It will also look at the challenges that would arise if these manufacturing processes were altered to make them more sustainable and environmentally friendly.</p>

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<p>Ispitivan je proces osmotske dehidratacije mesa<br />svinja u tri osmotska rastvora (vodeni rastvor<br />natrijum hlorida i saharoze, kombinacija<br />vodenog rastvora natrijum hlorida i saharoze i<br />melase i melasa &scaron;ećerne repe) različitih<br />koncentracija, na tri temperature (20&deg;C, 35&deg;C i<br />50&deg;C) i pri tri vremena trajanja procesa (1, 3 i<br />5h). Mereni i računati odzivi procesa osmotske<br />dehidratacije bili su: sadržaj suve materije,<br />gubitak vode, prirast suve materije, indeks<br />efiksanosti procesa, vrednost aktivnosti vode.<br />Rezultati ispitivanja pokazuju da povećanje<br />tehnolo&scaron;kih parametara temperature i vremena<br />procesa, kao i koncentracije osmotskih rastvora<br />dovode do intenziviranja prenosa mase u<br />procesu i povećanja vrednosti odzivnih<br />parametara procesa, u oba slučaja, istostrujne i<br />protivstrujne osmotske dehidratacije.<br />Na osnovu dobijenih rezultata razvijeni su<br />modeli zavisnosti odziva procesa od<br />primenjenih tehnolo&scaron;kih parametara za<br />istostrujne i protivstrujne procese osmotske<br />dehidratacije. &ldquo;Score&rdquo; analizom određene su<br />vrednosti tehnolo&scaron;kih parametara koje su za<br />rezultat dale optimalnu efiksanost procesa.<br />U radu je ispitan enegetski bilans procesa<br />osmotske dehidratacije i upoređen sa<br />konvektivnim su&scaron;enjem, gde su se kao<br />energentski najefikasniji pokazali procesi na<br />temperaturi od 20&deg;C.<br />Karakteristike osmotski dehidriranog svinjskog<br />mesa su pokazale da dolazi do pobolj&scaron;anja<br />mikrobiolo&scaron;kog, hemijskog i nutritivnog profila<br />mesa nakon procesa, kao i promene boje i<br />teksture, gde je melasa &scaron;ećerne repe kao<br />osmotski rastvor, iskazala najbolje uticaje na<br />promene karakteristika dehidiranog mesa.<br />Na osnovu svih ispitanih uticaja variranih<br />parametara kao optimalni parametri procesa<br />mogu da se defini&scaron;u: protivstrujni proces, u<br />trajanju od 5 časova na temperaturi od 20&deg;C, u<br />melasi kao osmotskom rastvoru. Ovakav proces<br />dovodi do sveukupnog pobolj&scaron;anja<br />karakteristika svinjskog mesa uvodeći nutritivna<br />pobolj&scaron;anja iz hemijskog sastava melase u<br />ljudsku ishranu.</p> / <p>Process of osmotic dehydration of pork meat in<br />three different osmotic solutions (sodium<br />chloride and sucrose dissolved in water, mixture<br />of sodium chloride, sucrose dissolved in water<br />and molasses and sugar beet molasses) of<br />different concentrations, at three temperatures<br />(20&deg;C, 35&deg;C &amp; 50&deg;C) and three different times<br />of duration of the process (1, 3 &amp; 5h) was<br />investigated.<br />Measured and calculated responses of the<br />osmotic dehydration process were: dry matter<br />content, water loss, solid gain, dehydration<br />efficiency index and value of water activity.<br />The results showed that the increase of<br />technological parameters: time and temperature<br />of the process, as well as the concentration of<br />the osmotic solutions led to the intensified mass<br />transfer in the process and increased values of<br />process responses, in either co-counter or<br />current processes of osmotic solutions.<br />Based on obtained results mathematical models<br />of dependence of process responses from<br />applied technological parameters for co- and<br />counter-current processes of osmotic<br />dehydrations were developed. By the means of<br />&ldquo;Score&rdquo; analyses the values of technological<br />parameters which produced optimal efficiency<br />of the process were calculated.<br />In this research process energy balance was<br />investigated by comparison to the convective<br />drying, where the highest energy efficiency was<br />determined in the processes at the temperature<br />of 20&deg;C.<br />Characteristics of osmo-dehydrated pork meat<br />were also investigated, pointing at the<br />improvement of microbiological, chemical and<br />nutritive profile of the meat after the process, as<br />well as the change of color and texture, where<br />sugar beet molasses, as an osmotic solution, had<br />shown the best effects on changes of dehydrated<br />meat characteristics.<br />Based on all investigated effects of varied<br />parameters, the optimal process parameters can<br />be defined as: counter-current process, of 5<br />hours duration, at 20&deg;C, in molasses as an<br />osmotic solution. Process like that leads to the<br />total improvement of pork meat characteristics<br />introducing nutritive benefit from molasses<br />chemical composition into human nutrition.</p>

We consider two models which lead to the prediction of a weight change of gyroscopes depending on the rate of rotation: mass-energy equivalence and Weber's force for gravitation. We calculate the order of magnitude of this effect in both models and show that Weber's model predicts a weight change depending on the spin axis orientation resembling close similarities to observed Earth flyby anomalies. however, our predicted effect is much smaller than the observed effect, which could explain why flyby anomalies were not detected anymore in recent spracecraft trajectories.

O objetivo desta tese é o estudo de formação de fuligem em chamas laminares de difusão. Para o modelo de formação de fuligem é escolhido um modelo semi-empírico de duas equações para prever a fração mássica de fuligem e o número de partículas de fuligem. O modelo descreve os processos de nucleação, de crescimento superficial e de oxidação das partículas. Para o modelo de radiação, a perda de calor por radiação térmica (gás e fuligem) é modelada considerando o modelo de gás cinza no limite de chama opticamente fina (OTA - Optically Thin Approximation). São avaliados diferentes modelos de cálculo das propriedades de transporte (detalhado e simplificado). Em relação à cinética química, tanto modelos detalhados quanto reduzidos são utilizados. No presente estudo, é explorada a técnica automática de redução conhecida como Flamelet Generated Manifold (FGM), sendo que esta técnica é capaz de resolver cinética química detalhada com tempos computacionais reduzidos. Para verificar o modelo de formação de fuligem foram realizados uma variedade de experimentos numéricos, desde chamas laminares unidimensionais adiabáticas de etileno em configuração tipo jatos opostos (counterflow) até chamas laminares bidimensionais com perda de calor de etileno em configuração tipo jato (coflow). Para testar a limitação do modelo os acoplamentos de massa e energia entre a fase sólida e a fase gasosa são investigados e quantificados para as chamas contra-corrente Os resultados mostraram que os termos de radiação da fase gasosa e sólida são os termos de maior importancia para as chamas estudas. Os termos de acoplamento adicionais (massa e propriedade termodinâmicas) são geralmente termos de efeitos de segunda ordem, mas a importância destes termos aumenta conforme a quantidade de fuligem aumenta. Como uma recomendação geral o acoplamento com todos os termos deve ser levado em conta somente quando a fração mássica de fuligem, YS, for igual ou superior a 0.008. Na sequência a formação de fuligem foi estudada em chamas bi-dimensionais de etileno em configuração jato laminar usando cinética química detalhada e explorando os efeitos de diferentes modelos de cálculo de propriedades de transporte. Foi encontrado novamente que os termos de radiação da fase gasosa e sólida são os termos de maior importância e uma primeira aproximação para resolver a chama bidimensional de jato laminar de etileno pode ser feita usando o modelo de transporte simplificado. Finalmente, o modelo de fuligem é implementado com a técnica de redução FGM e diferentes formas de armazenar as informações sobre o modelo de fuligem nas tabelas termoquímicas (manifold) são testadas A melhor opção testada neste trabalho é a de resolver todos os flamelets com as fases sólida e gasosa acopladas e armazenar as taxas de reação da fuligem por área de partícula no manifold. Nas simulações bidimensionais estas taxas são então recuperadas para resolver as equações adicionais de formação de fuligem. Os resultados mostraram uma boa concordância qualitativa entre as predições do FGM e da solução detalhada, mas a grande quantidade de fuligem no sistema ainda introduz alguns desafios para a obtenção de bons resultados quantitativos. Entretanto, este trabalho demonstrou o grande potencial do método FGM em predizer a formação de fuligem em chamas multidimensionais de difusão de etileno em tempos computacionais reduzidos. / The objective of this thesis is to study soot formation in laminar diffusion flames. For soot modeling, a semi-empirical two equation model is chosen for predicting soot mass fraction and number density. The model describes particle nucleation, surface growth and oxidation. For flame radiation, the radiant heat losses (gas and soot) is modelled by using the grey-gas approximation with Optically Thin Approximation (OTA). Different transport models (detailed or simplified) are evaluated. For the chemical kinetics, detailed and reduced approaches are employed. In the present work, the automatic reduction technique known as Flamelet Generated Manifold (FGM) is being explored. This reduction technique is able to deal with detailed kinetic mechanisms with reduced computational times. To assess the soot formation a variety of numerical experiments were done, from one-dimensional ethylene counterflow adiabatic flames to two-dimensional coflow ethylene flames with heat loss. In order to assess modeling limitations the mass and energy coupling between soot solid particles and gas-phase species are investigated and quantified for counterflow flames. It is found that the gas and soot radiation terms are of primary importance for flame simulations. The additional coupling terms (mass and thermodynamic properties) are generally a second order effect, but their importance increase as the soot amount increases As a general recommendation the full coupling should be taken into account only when the soot mass fraction, YS, is equal to or larger than 0.008. Then the simulation of soot is applied to two-dimensional ethylene co-flow flames with detailed chemical kinetics and explores the effect of different transport models on soot predictions. It is found that the gas and soot radiation terms are also of primary importance for flame simulations and that a first attempt to solve the two-dimensional ethylene co-flow flame can be done using a simplified transport model. Finally an implementation of the soot model with the FGM reduction technique is done and different forms for storing soot information in the manifold is explored. The best option tested in this work is to solve all flamelets with soot and gas-phase species in a coupled manner, and to store the soot rates in terms of specific surface area in the manifold. In the two-dimensional simulations, these soot rates are then retrieved to solve the additional equations for soot modeling. The results showed a good qualitative agreement between FGM solution and the detailed solution, but the high amount of soot in the system still imposes some challenges to obtain good quantitative results. Nevertheless, it was demonstrated the great potential of the method for predicting soot formation in multidimensional ethylene diffusion flames with reduced computational time.

O objetivo desta tese é o estudo de formação de fuligem em chamas laminares de difusão. Para o modelo de formação de fuligem é escolhido um modelo semi-empírico de duas equações para prever a fração mássica de fuligem e o número de partículas de fuligem. O modelo descreve os processos de nucleação, de crescimento superficial e de oxidação das partículas. Para o modelo de radiação, a perda de calor por radiação térmica (gás e fuligem) é modelada considerando o modelo de gás cinza no limite de chama opticamente fina (OTA - Optically Thin Approximation). São avaliados diferentes modelos de cálculo das propriedades de transporte (detalhado e simplificado). Em relação à cinética química, tanto modelos detalhados quanto reduzidos são utilizados. No presente estudo, é explorada a técnica automática de redução conhecida como Flamelet Generated Manifold (FGM), sendo que esta técnica é capaz de resolver cinética química detalhada com tempos computacionais reduzidos. Para verificar o modelo de formação de fuligem foram realizados uma variedade de experimentos numéricos, desde chamas laminares unidimensionais adiabáticas de etileno em configuração tipo jatos opostos (counterflow) até chamas laminares bidimensionais com perda de calor de etileno em configuração tipo jato (coflow). Para testar a limitação do modelo os acoplamentos de massa e energia entre a fase sólida e a fase gasosa são investigados e quantificados para as chamas contra-corrente Os resultados mostraram que os termos de radiação da fase gasosa e sólida são os termos de maior importancia para as chamas estudas. Os termos de acoplamento adicionais (massa e propriedade termodinâmicas) são geralmente termos de efeitos de segunda ordem, mas a importância destes termos aumenta conforme a quantidade de fuligem aumenta. Como uma recomendação geral o acoplamento com todos os termos deve ser levado em conta somente quando a fração mássica de fuligem, YS, for igual ou superior a 0.008. Na sequência a formação de fuligem foi estudada em chamas bi-dimensionais de etileno em configuração jato laminar usando cinética química detalhada e explorando os efeitos de diferentes modelos de cálculo de propriedades de transporte. Foi encontrado novamente que os termos de radiação da fase gasosa e sólida são os termos de maior importância e uma primeira aproximação para resolver a chama bidimensional de jato laminar de etileno pode ser feita usando o modelo de transporte simplificado. Finalmente, o modelo de fuligem é implementado com a técnica de redução FGM e diferentes formas de armazenar as informações sobre o modelo de fuligem nas tabelas termoquímicas (manifold) são testadas A melhor opção testada neste trabalho é a de resolver todos os flamelets com as fases sólida e gasosa acopladas e armazenar as taxas de reação da fuligem por área de partícula no manifold. Nas simulações bidimensionais estas taxas são então recuperadas para resolver as equações adicionais de formação de fuligem. Os resultados mostraram uma boa concordância qualitativa entre as predições do FGM e da solução detalhada, mas a grande quantidade de fuligem no sistema ainda introduz alguns desafios para a obtenção de bons resultados quantitativos. Entretanto, este trabalho demonstrou o grande potencial do método FGM em predizer a formação de fuligem em chamas multidimensionais de difusão de etileno em tempos computacionais reduzidos. / The objective of this thesis is to study soot formation in laminar diffusion flames. For soot modeling, a semi-empirical two equation model is chosen for predicting soot mass fraction and number density. The model describes particle nucleation, surface growth and oxidation. For flame radiation, the radiant heat losses (gas and soot) is modelled by using the grey-gas approximation with Optically Thin Approximation (OTA). Different transport models (detailed or simplified) are evaluated. For the chemical kinetics, detailed and reduced approaches are employed. In the present work, the automatic reduction technique known as Flamelet Generated Manifold (FGM) is being explored. This reduction technique is able to deal with detailed kinetic mechanisms with reduced computational times. To assess the soot formation a variety of numerical experiments were done, from one-dimensional ethylene counterflow adiabatic flames to two-dimensional coflow ethylene flames with heat loss. In order to assess modeling limitations the mass and energy coupling between soot solid particles and gas-phase species are investigated and quantified for counterflow flames. It is found that the gas and soot radiation terms are of primary importance for flame simulations. The additional coupling terms (mass and thermodynamic properties) are generally a second order effect, but their importance increase as the soot amount increases As a general recommendation the full coupling should be taken into account only when the soot mass fraction, YS, is equal to or larger than 0.008. Then the simulation of soot is applied to two-dimensional ethylene co-flow flames with detailed chemical kinetics and explores the effect of different transport models on soot predictions. It is found that the gas and soot radiation terms are also of primary importance for flame simulations and that a first attempt to solve the two-dimensional ethylene co-flow flame can be done using a simplified transport model. Finally an implementation of the soot model with the FGM reduction technique is done and different forms for storing soot information in the manifold is explored. The best option tested in this work is to solve all flamelets with soot and gas-phase species in a coupled manner, and to store the soot rates in terms of specific surface area in the manifold. In the two-dimensional simulations, these soot rates are then retrieved to solve the additional equations for soot modeling. The results showed a good qualitative agreement between FGM solution and the detailed solution, but the high amount of soot in the system still imposes some challenges to obtain good quantitative results. Nevertheless, it was demonstrated the great potential of the method for predicting soot formation in multidimensional ethylene diffusion flames with reduced computational time.