Lagrangian modeling of droplet evaporation

• Autor(a) principal: Pinheiro, Abgail Paula
• Data de Publicação: 2018
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: eng
• Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
• Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22510; http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1180
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE; Engenharia mecânica; Evaporação - Modelos matemáticos; Evaporação de gotas; Spray; Simulação numérica; Abordagem lagrangeana; Droplet evaporation; Spray; Numerical simulation; Lagrangian approach

A evaporação de gotas líquidas em ambientes gasosos com alta temperatura é de grande relevância em muitas aplicações de engenharia. Previsões precisas da evaporação de gotas são cruciais na modelagem de sprays reativos, uma vez que este é considerado um processo limitante. Portanto, os objetivos da presente dissertação são, primeiro, implementar e validar modelos lagrangianos de evaporação de gotas que são geralmente utilizados em estudos de spray, incluindo as formulações de equilíbrio e não equilíbrio, e, segundo, usar esses modelos para buscar uma visão mais profunda dos fenômenos físicos que podem estar envolvidos no processo de evaporação de gotas. Para validar e avaliar as previsões destes modelos teóricos, foi desenvolvido um código e a evolução do diâmetro da gota obtida por simulação numérica é comparada com dados experimentais. Primeiro, o desempenho dos modelos é avaliado para água em um caso de baixa taxa de evaporação e, em seguida, para n-heptano com taxa de evaporação moderada e alta usando dados experimentais obtidos recentemente por meio de uma nova técnica. O modelo de Abramzon-Sirignano é o único que não superestima a taxa de evaporação para quaisquer condições ambiente testadas, quando comparada com a taxa experimental. A partir dos resultados, também é revelado que, quando um fator de correção para a redução da transferência de energia devido à evaporação é incorporado ao modelo clássico de evaporação, as previsões deste modelo e do modelo de não equilíbrio não podem ser diferenciadas, mesmo quando o diâmetro inicial da gota é pequeno. Além disso, a incorporação de efeitos de convecção natural e forçada na taxa de evaporação, usando uma correlação empírica, é investigada, mostrando que a inclusão do número de Grashof na correlação de Ranz-Marshall na verdade superestima a taxa de evaporação para pressão atmosférica. Finalmente, os efeitos das condições ambientes na evaporação de etanol são investigados. Sob temperaturas ambientes superiores à temperatura limite, a taxa de evaporação aumenta com o aumento da pressão ambiente, contrariamente ao que acontece nos casos em que a temperatura ambiente é menor que a temperatura limite.