Análise do Uso de CFD para o Regime de Combustão Sem Chama Visível em uma Fornalha.

Abstract

Esta tese apresenta o uso da ferramenta CFD na modelagem de problemas envolvendo um regime relativamente novo de combustão, conhecido como Combustão Sem Chama Visível. Tal regime tem se mostrado promissor pela elevada eficiência da combustão aliada a baixos níveis de emissões de poluentes, sobretudo dos óxidos nitrogenados, NOₓ. Foram investigados inúmeros trabalhos a fim de estabelecer as principais características para obtenção deste regime e sua modelagem numérica. Dentre os mais empregados estão o modelo de turbulência k-ε Realizable (KER), de combustão Eddy Dissipation Concept (EDC) e de radiação Discrete Ordinates (DO), aliados a mecanismos de cinética química detalhados. Com base no trabalho experimental de Veríssimo (2011), foram investigados aqueles modelos que seriam mais adequados à previsão numérica deste regime, bem como a necessidade de ajustes. Os resultados iniciais com mecanismo global de reação apresentaram temperaturas elevadas, sobretudo nos planos radiais próximos ao injetor, o que refletiu negativamente no teor de NOₓ obtido. No caso da biblioteca de reações detalhadas GRIMech 3.0, as temperaturas ficaram mais atenuadas, porém com nível de CO e NOₓ acima do experimental, além do grande tempo computacional gasto de cerca de 380 horas. Em seguida, foi avaliado o mecanismo KEE58, que reduziu o tempo computacional a 1/3 do anterior, com resultados próximos. Contudo, em razão do nível de CO ter permanecido elevado, foi analisado o aumento do parâmetro de tempo do modelo EDC, o que culminou em melhores resultados, reafirmando a importância de se ajustar os parâmetros matemáticos. Ao final, tornou-se possível estabelecer um procedimento numérico e identificar a importância dos ajustes nas constantes matemáticas dos modelos, sobretudo na formação de CO e NOₓ.