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Previous issue date: 2017-04-25 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / PROSUP - Programa de Suporte à Pós-Gradução de Instituições de Ensino Particulares / Este trabalho apresenta o estudo numérico-experimental da dispersão de poluentes e da geometria da chama de uma poça de combustível. Foi realizada A modelagem da combustão em uma poça, com a dispersão da pluma em função do vento incidente, com o objetivo de caracterizar o fenômeno. Foi utilizado um túnel de vento em escala laboratorial para executar a análise experimental de poças de diesel (S-500) e biodiesel (B-100), em um tanque cilíndrico com tamanho reduzido de Ø110 x 57,4 mm. Além disso, foi utilizado o programa FDS para análise e comparação dos dados em escala de mesma grandeza da bancada experimental. A influência da velocidade do vento sobre a geometria da chama – inclinação, altura e comprimento – foi analisada, bem como outras questões pertinentes à estrutura da chama, como temperatura adimensional da chama, da pluma e temperatura periférica. Por último, uma análise da taxa de queima mássica foi feita para complementar os dados experimentais e obter mais informações sobre o comportamento da chama. Os dados experimentais foram aplicados nas correlações semi-empíricas de comprimento e ângulo de chama, a fim de comparar seu comportamento com a previsão de outros autores. Foi observado nos experimentos que, com a mudança da geometria da chama, ocorre a mudança da posição e consequentemente da dispersão da pluma. O ângulo da chama mostrou variação diretamente proporcional à velocidade do escoamento. A variação da altura e comprimento de chama foi inversamente proporcional à velocidade do escoamento. Os comportamentos do ângulo e da altura concordaram com a literatura, mas o comprimento apresentou diferenças. A temperatura adimensional da chama aumentou com o aumento da velocidade, sendo a do biodiesel 49% superior à do diesel. A temperatura adimensional da pluma apresentou um decremento com o aumento da velocidade de escoamento, atingindo, para o diesel, temperaturas cerca de 110% menores em relação ao biodiesel. A mesma tendência ocorreu com a temperatura periférica, que reduziu conforme aumentou a distância de medição da poça, havendo diferença de 20,3% entre os dois combustíveis. A taxa de queima mássica foi verificada e se observou que foi regida por diferentes mecanismos de trocas térmicas e flutuabilidade, o que provocou comportamentos diferentes para o diesel e o biodiesel, sendo as taxas de queima do diesel maiores, em geral. Os dados experimentais obtidos foram comparados com os resultados da análise numérica realizada no FDS. Obteve-se boas aproximações para o ângulo, comprimento, altura e temperaturas da pluma e periférica. As temperaturas da chama mostraram tendência diferente em relação aos dados experimentais. As análises de dispersão de poluentes mostraram uma tendência de redução abrupta das concentrações com o aumento da distância em velocidades menores e uma redução mais suave e constante para as maiores velocidades nos ensaios experimentais, apresentando, no entanto, uma grande diferença em relação aos valores numéricos, embora com tendências semelhantes, para ambos os combustíveis. / This work presents a numerical-experimental study of pollutants dispersion and flame geometry in a pool fire. Combustion modeling in a pool fire with plume dispersion as a function of the incident wind is carried out with the objective of phenomenon characterization. A laboratory-scale wind tunnel is used to perform the experimental analysis of diesel (S-500) and biodiesel (B-100) pool fire in a cylindrical tank with a reduced size of Ø110 x 57.4 mm. In addition, the FDS software was used to analyze and compare the results, using a model in a scale of the same magnitude of the experimental setup. The wind speed influence on the flame geometry – tilt angle, height and length – was analyzed as well as other questions related to the structure of the flame, such as dimensionless flame and plume temperature and outer layer temperature. Finally, an analysis of the mass burning rate was done to complement the experimental data and to obtain more information about the flame behavior. The data obtained were applied in the semi-empirical correlations of flame length and tilt angle to compare their behavior with the prediction of other authors. It Was observed that the change of flame geometry induces a change of plume position and dispersion. The behavior of the flame geometry was observed; the angle changes proportionally to the air flow speed. The variation in flame height and length was inversely proportional to air flow speed. The angle tilt and height agreed with the literature, but the length presented differences. The temperature of the flame increased with increasing of air flow speed being the values for biodiesel 49% higher than for diesel. The plume temperature presented a decrease with the increase of air flow speed, temperatures for diesel were about 110% smaller than for biodiesel. The same trend occurred with the measured outer layer temperature that reduced as the pool fire measurement distance increased, with a 20.3% difference between the fuels. The mass burning rate was governed by different mechanisms of heat feedback and buoyancy, which caused different behaviors for diesel and biodiesel, with diesel mass burning rates being higher in general. The experimental data obtained were compared with the results of the numerical analysis performed in the FDS software, and thus the numerical validation was done. The simulated results for tilt angle length, height and temperature of the plume and the outer layer agree well with experimental ones. The flame temperatures show an inverse trend in relation to experimental data. Pollutant dispersion analyzes showed a trend of abrupt reduction of concentration with increasing distance at lower air flow speed and a smoother and steady reduction at higher speeds, yet presenting a large discrepancy in relation to the numerical values for both fuels.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.repositorio.jesuita.org.br:UNISINOS/6975 |
| Date | 25 April 2017 |
| Creators | Salvagni, Rafael Gialdi |
| Contributors | http://lattes.cnpq.br/6080899044475510, Centeno, Felipe Roman, Indrusiak, Maria Luiza Sperb |
| Publisher | Universidade do Vale do Rio dos Sinos, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Unisinos, Brasil, Escola Politécnica |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UNISINOS, instname:Universidade do Vale do Rio dos Sinos, instacron:UNISINOS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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