[pt] O presente trabalho apresenta um estudo numérico da transferência de energia por radiação e sua interação com as propriedades radiantes cinzas e espectrais dos gases produtos da combustão e da fuligem que são formados em um processo de combustão turbulenta. Assim, utilizam-se sistemas de forno/- queimador que operam em regime de chama não pré-misturada de maneira a avaliar, através da dinâmica dos fluidos computacional (CFD), a influência que exercem os diversos modelos de propriedades radiantes sobre a representação da termoquímica do escoamento reativo. Com o objetivo de identificar as principais características e deficiências que apresentam cada um destes modelos, foram considerados dois cenários. O primeiro, correspondente a um problema de radiação unidimensional de um sistema homogêneo e não isotérmico onde são estudados, modelos de propriedades radiantes (i) disponíveis em um software comercial de CFD e (ii) aqueles que foram implementados neste trabalho. Além disso, foi empregado um código numérico que determina as propriedades radiantes espectrais de gases produtos da combustão e da fuligem através de uma abordagem de banda estreita. Para este fim, este código foi acoplado com o software de CFD. Em seguida, dois queimadores de porte laboratorial são empregados de forma a avaliar a capacidade preditiva dos modelos de propriedades radiantes: o primeiro queima propano gasoso e ar enriquecido com oxigênio e o segundo utiliza querosene líquido e oxigênio como reagentes. Dados experimentais de fluxo de calor radiante e de fração volumétrica da fuligem são utilizados para comparação com os resultados obtidos da simulação. Para ambas as configurações de queimador foi também estudado o modelo de Moss-Brookes para previsão da formação/consumo da fuligem. Os resultados obtidos demonstraram o bom desempenho da maioria dos modelos de propriedades radiantes estudados. Em particular, a abordagem de banda estreita foi o que melhor previu a radiação térmica. Além disso, a sua utilização com o modelo de Moss-Brookes levou à melhor previsão da fração volumétrica da fuligem. / [en] This work presents a numerical study of radiation heat transfer and its
interaction with gray and spectral radiation of combustion products and soot
that are formed in a turbulent combustion process. Different burner/furnace
systems operating in a non-premixed combustion regime were used in order
to evaluate, through computational fluid dynamics (CFD), the influence of
several radiant properties models. Aiming to identify the key features and
shortcomings that exhibit each of these models, two scenarios were considered.
The first corresponds to a 1-D radiation problem where radiative properties
models of a homogeneous non isothermal system are studied as (i) available
CFD commercial software and (ii) those implemented in this work. Moreover,
a numerical code was used in order to determine, through a narrow band
approach, the spectral radiative properties of soot and combustion products.
For this purpose, this code was coupled with the CFD software. Then, two
laboratory-scale burners are used to assess the predictive capacity of radiative
properties models: the first, burning propane and enriched air oxygen, and the
second uses kerosene and oxygen as reactants. Measurements of radiant heat flux
and soot volumetric fraction are used for comparison with simulation results. For
both configurations, the performance of the Moss-Brookes model for predicting
the soot production was also studied. The results of this study demonstrated
the good performance of the majority of the radiant properties models studied.
Particularly, the narrow band approach was the model that provided the best
thermal radiation prediction. Moreover, the combination of the narrow band
approach with the Moss-Brookes model lead to the best prediction of soot
volume fraction.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:23856 |
| Date | 09 January 2015 |
| Creators | ELDER MARINO MENDOZA ORBEGOSO |
| Contributors | LUIS FERNANDO FIGUEIRA DA SILVA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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