[pt] A simulação numérica de processos de combustão é uma ferramenta cada
vez mais utilizada para o projeto, a análise e a otimização de turbinas, motores e
fornos de combustão, entre outros. No entanto, um dos principais inconvenientes
que limitam a descrição fiel da realidade de modelos de combustão é o esforço
computacional necessário para a solução das equações de transporte das
propriedades do escoamento reativo, como frações de massa das espécies
químicas, que incluem um termo fonte não linear associado à lei de Arrhenius. A
rigidez e a carga computacional relacionadas com a determinação deste termo
domina o custo de simulações que empregam modelos detalhados da cinética
química da combustão. Esta dissertação descreve um estudo cujo objetivo é
reduzir tais custos mediante a utilização de uma técnica de tabulação automática
da evolução termoquímica da mistura. Assim, este trabalho apresenta a discussão
do estado da arte da técnica denominada tabulação adaptativa in situ, que exibe
desempenho considerável em termos de tempo computacional, na determinação
dos termos fontes químicos, e propõe uma modificação do algoritmo atrasando o
início da tabulação, para evitar o armazenamento de composições existentes
apenas no estado transiente da queima, as quais não são representativas do
regime estatisticamente estacionário. Um estudo dos resultados obtidos, em um
reator parcialmente agitado com CO/O2, mostra ganhos superiores a 95 por cento na
altura da árvore binária utilizada para tabulação, isso se reflete no custo de
armazenamento e na acurácia dos resultados. Uma análise do tempo
computacional caracteriza situações em que a nova estratégia de tabulação pode
levar à redução do mesmo, quando comparado com a estratégia original. Seu
desempenho é confirmado pelo estudo do sistema químico CH4/ar. / [en] The numerical simulation of combustion processes is an important tool
used for design, analysis and optimization of turbines, combustion engines and
furnaces, among others. However, one of the major drawbacks that limit the
faithful description of reality of combustion models is the computational effort
required for the transport equations solution of reactive flow properties such as
chemical species mass fractions, which include a nonlinear source term
associated to the Arrhenius law. The stiffness and the computational burden
related to the determination of such term, largely dominate the cost of
simulations that employ detailed models of chemical kinetics combustion. This
dissertation describes a study whose objective is to reduce these costs by using a
of automatic tabulation technique of the mixture’s thermochemical evolution.
Hence, this work presents a state of the art discussion of the technique named in
situ adaptive tabulation – ISAT, which shows considerable performance in terms
of computational time for the determination of the chemical sources terms, and
proposes a modification in the algorithm by delaying the table start to avoid the
storage of compositions that exist only in transient state, and which are not
statistically representative of the stationary regime. A systematic study of the
results in a partially stirred reactor with CO/O2, shows more than 95 per cent gains at
the binary tree height used for tabulation, the gains are also optimistic in the
storage demand and the results accuracy. A computational time analysis
characterizes situations in which the new strategy tabulation could reduce it,
when compared to the original algorithm. The strategy performance is confirmed
by the study of the chemical system CH4/ar.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:19456 |
| Date | 18 April 2012 |
| Creators | ANDREA CRISTINA CARVALHO DOS ANJOS |
| Contributors | LUIS FERNANDO FIGUEIRA DA SILVA |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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