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Previous issue date: 2017 / In the present work, vaporization and combustion of an isolated fuel droplet at diferente ambient temperatures are examined numerically in order to analyze the effect of buoyancy force on the flame. Generally, fuel droplets in combustion devices are so small that the influence of buoyancy force on vaporization and combustion of droplets is negligible. On the other hand, fuel droplets in experimental devices are affected by the buoyancy force due to their diameters being around or more than 1 mm. To reduce the buoyancy effects, expensive experimental studies are performed in microgravity ambient (drop-tower or out of space). In normal-gravity conditions, the buoyancy force is induced by temperature gradient on ambient atmosphere. The buoyancy is positive in regions of hot gases and negative in regions of cold gases compared with the ambient atmosphere gas. Hot gases move upward and cold gases downward. Playing with the positive buoyancy force of hot gases around the flame and with the negative (cold) buoyancy force of cold gases around the droplet via ambient atmosphere temperature, it is possible to modify the flame shape. In the numerical simulations, incompressible Navier–Stokes equations along with mixture fraction and excess enthalpy conservation equations are solved using a finite volume technique with a uniform structured grid. An artificial compressibility method was applied to reach steady state solutions. The numerical predictions have been compared with analytical results for a zero gravity condition, showing good agreement. For normal gravity condition the numerical results showed that when the ambient temperature increases, the velocity gradient and buoyancy source term decreases. Despite that, the flame increased in all directions. The results have also shown that increasing the ambient temperature, decreases the temperature gradient in the flame, which ends up affecting the flame position. / No presente trabalho, a vaporização e a combustão de uma gota de combustível isolada a diferentes temperaturas ambiente são examinadas numericamente para analisar o efeito da força de flutuação na chama. Geralmente, as gotículas de combustível em dispositivos de combustão são tão pequenas que a influência da força de flutuação na vaporização e na combustão de gotículas é insignificante. Por outro lado, as gotículas de combustível em dispositivos experimentais são afetadas pela força de flutuabilidade devido ao seu diâmetro em torno de ou mais de 1 mm. Para reduzir os efeitos de flutuabilidade, estudos experimentais caros são realizados em ambiente de microgravidade (drop-tower ou fora do espaço). Em condições de gravidade normal, a força de flutuação é induzida por gradiente de temperatura na atmosfera ambiente. A flutuabilidade é positiva em regiões de gases quentes e negativas em regiões de gases frios em comparação com o gás atmosférico ambiente. Os gases quentes movem-se para cima e os gases frios para baixo. Jogando com a força de flutuação positiva dos gases quentes ao redor da chama e com a força de flutuação negativa (fria) dos gases frios ao redor da gota através da temperatura da atmosfera ambiente, é possível modificar a forma da chama. Nas simulações numéricas, as equações de Navier-Stokes incompressíveis juntamente com a fração de mistura e as equações de conservação de entalpia em excesso são resolvidas usando uma técnica de volume finito com uma grade estruturada uniforme. Foi aplicado um método de compressibilidade artificial para alcançar soluções de estado estacionário. As previsões numéricas foram comparadas com resultados analíticos para uma condição de gravidade zero, mostrando boa concordância. Para a condição de gravidade normal, os resultados numéricos mostraram que, quando a temperatura ambiente aumenta, o gradiente de velocidade e o termo da fonte de flutuação diminuem. Apesar disso, a chama aumentou em todas as direções. Os resultados também mostraram que aumentar a temperatura ambiente, diminui o gradiente de temperatura na chama, o que acaba afetando a posição da chama.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:10.1.0.46:riu/1955 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Donini, Mariovane Sabino |
| Contributors | Cristaldo, César Flaubiano da Cruz, Fachini Filho, Fernando |
| Publisher | Universidade Federal do Pampa, Mestrado Acadêmico em Engenharia, UNIPAMPA, Brasil, Campus Alegrete |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNIPAMPA, instname:Universidade Federal do Pampa, instacron:UNIPAMPA |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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