Simulação do fluxo de calor radiativo em chamas turbulentas de gás natural utilizando o cfd (computational fluid dynamics) ansys fluent 18.2

• Autor(a) principal: Figueiredo, Amanda Gonçalves de
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFRGS
• Texto Completo: http://hdl.handle.net/10183/211338
• topic: Engenharia de energia; Natural gas; Radiation; Turbulence; Radiative heat flux

Neste trabalho, é apresentada a simulação computacional de uma chama turbulenta de gás natural com foco na análise do fluxo de calor radiativo. Para a caracterização e análise detalhadas do problema, foi utilizado o CFD (Computational Fluid Dynamics) ANSYS Fluent 18.2, software que dispõe de modelos físicomatemáticos adequados para diferentes casos, com solução simultânea de equações de cinética química, mecânica dos fluidos e transferência de calor e massa. A combustão foi resolvida com o modelo Non- Premixed Combustion - Steady Laminar Diffusion Flamelet (SLDF), com mecanismo detalhado de reações, e posteriormente com os modelos Non-Premixed Combustion – Chemical Equilibrium (CE) e Species Transport – Eddy Dissipation (ED), com mecanismos mais simples de reações, a fim de avaliar a sensibilidade do problema à cinética química. Para a radiação, a soma ponderada de gases cinzas (WSGG) foi utilizada como modelo espectral, enquanto o modelo espacial foi resolvido pelo método das ordenadas discretas. A turbulência foi implementada pelo modelo de viscosidade k-ε Padrão, baseado nas equações de Navier-Stokes em médias de Reynolds (RANS). Devido à complexidade dos fenômenos envolvidos, descritos por equações altamente não lineares, o tempo computacional de convergência também foi considerado na escolha da metodologia e análise dos resultados. Conforme esperado, o modelo SLDF apresentou o resultado de fluxo de calor radiativo mais próximo dos dados experimentais entre os modelos, sendo que o ED foi o que mais se distanciou do experimento, principalmente com a implementação da interação turbulência-radiação (TRI). Isso também foi observado para a concentração de CO2 e temperatura máxima para esse modelo em comparação com os demais. O modelo CE com quatro passos de reações ficou próximo do SLDF, apresentando-se como uma opção viável para estimativas rápidas de temperatura e fluxo de calor radiativo. Este trabalho insere-se dentro de uma pesquisa mais ampla no Laboratório de Radiação Térmica da UFRGS (LRT), tendo como ponto de partida uma das configurações de simulação utilizadas na pesquisa de doutorado de Lemos, 2019, fazendo-se uso de UDFs de cálculo de radiação desenvolvidas no LRT.