Análise via fluidodinâmica computacional da combustão do metano sem pré mistura em regime turbulento

• Autor(a) principal: Silva, Matheus de Almeida Rodrigues da
• Data de Publicação: 2022
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da Universidade Federal Fluminense (RIUFF)
• Texto Completo: http://app.uff.br/riuff/handle/1/24615
• topic: OpenFOAM®; combustão; turbulência; chama difusiva; mecanismos EDC; Fluidodinâmica computacional; Metano; Combustão; OpenFOAM®; combustion; turbulence; diffusion flame; EDC Mechanisms

A escolha dos mecanismos cinéticos para a combustão do metano realizada via fluidodinâmica computacional possui grande importância, uma vez que a depender do número de espécies presentes, tais simulações podem demandar grande poder computacional. Neste trabalho, dois mecanismos cinéticos foram comparados afim de verificar a acurácia de um mecanismo reduzido frente a um mecanismo detalhado na modelagem da combustão. Os mecanismos foram avaliados perante a comparação com dados experimentais para uma combustão turbulenta não pré-misturada do metano com a utilização do software open source OpenFOAM®. Os dados referentes à chama do tipo D, que corresponde a uma chama monofásica turbulenta no qual o oxidante e o combustível entram separadamente na câmara foram utilizados como base para comparação experimental, uma vez que tais dados são referência para estudos desse tipo. A geometria se trata de um modelo geométrico bidimensional axissimétrico. As malhas geradas seguiram um fator de redução de aproximadamente 2,3 e após a execução do procedimento voltado para a independência de malha, verificou-se que a malha 2, de 12310 elementos, apresentou boa concordância para ambas cinéticas simuladas, estando suficientemente refinada para ser utilizada nas simulações. Para a cinética, utilizou-se o mecanismo cinético reduzido proposto por Christ (2011) e o mecanismo cinético detalhado GRIMECH 3.0. O tensor de tensão de Reynolds é modelado a partir da hipótese de Boussinesq pelo modelo de turbulência padrão − , e a taxa de reação química é descrita pelo Eddy Dissipation Concept (EDC). A simulação é baseada na solução, através do método dos volumes finitos, das equações de conservação de massa, energia, quantidade de movimento e espécies químicas. Entre outros resultados, a solução das equações governantes permite determinar a região onde ocorre a combustão, a distribuição das espécies químicas, os campos de velocidade e a taxa de transferência de calor. O resultado da comparação dos dois mecanismos cinéticos com os resultados experimentais demonstrou boa acurácia para a modelagem da combustão. Entretanto, de modo geral, o mecanismo complexo obteve melhor desempenho nos resultados analisados