Estudo do comportamento de descargas elétricas em misturas ar/metano

• Autor(a) principal: Crispim, Lucas Wilman da Silva
• Data de Publicação: 2015
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFJF
• Texto Completo: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/3546
• topic: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA; Combustão; Colisões eletrônicas; Misturas de gases; Combustível; Transferência de calor; Combustion; Electronic collisions; Gas mixtures; Fuel; Heat transfer

Este estudo tem como objetivo a modelagem numérica do efeito de descarga elétrica em misturas de ar e metano, considerando um modelo bidimensional que envolvem transferência de calor e de massa, além de um submodelo discreto de distribuição da energia das colisões eletrônicas entre as diversas espécies presentes na mistura. O domínio foi dividido em duas regiões, com e sem descarga eletrônica. Para a região de descarga são considerados efeitos das colisões com elétrons, químicos e de transferência de calor e de massa, para a região externa a descarga são considerados efeitos químicos, de transferência de calor e de massa. Foram simuladas quatro configurações diferentes de descarga em mistura representando ar seco e uma simulação de descarga em misturas de ar com metano. Neste trabalho considera-se o ar como fluido incompressível e composto por diversas espécies. Para encontrar a solução aproximada do modelo foi aplicado o método das diferenças finitas em um meio heterogêneo, foram também utilizadas estratégias numéricas para a separação de determinados termos nas equações, e por fim a resolução destes termos foram obtidas através da ferramenta de análise de plasma zero dimensional, ZDPlasKin. No domínio do tempo, foi utilizado o método de Euler, um esquema numérico explicito. Utilizou-se uma configuração para a descarga eletrônica de 10% para o regime de trabalho, e foram analisados dois tipos de misturas gasosas, uma representando uma mistura de N2 _ O2, e outra representando uma mistura de metano e ar. Foram analisados resultados referentes ao perfil de temperatura no domínio em diferentes instantes de tempo, além de analisar a variação temporal em diversas espécies contidas nas misturas, em determinados pontos do domínio. Devido ao alto custo de resolução de determinados termos das equações, foi utilizada uma estratégia de paralelização do tipo Mestre-Escravo na API (Application Programming Interface) de programação paralela MPI (Message Passing Interface). Foi observado através dos resultados o aquecimento e a difusão do calor da região de descarga para a região externa, e a difusão de espécies excitadas geradas na região de descarga para a região externa. Conseguiu-se observar nos resultados o aquecimento da região externa devido a condução do calor e a difusão de espécies geradas na região de descarga que saem por difusão para região externa, e esta migração contribuiu para o aquecimento da região externa, uma vez que estas espécies tendem a relaxação na região externa a descarga.