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http://hdl.handle.net/1843/41795| Type: | Dissertação |
| Title: | Desenvolvimento de modelo matemático para determinação da velocidade de chama laminar de hidrocarbonetos gasosos e hidrogênio |
| Other Titles: | Development of a mathematical model for determining the laminar flame speed of gaseous hydrocarbons and hydrogen |
| Authors: | Eduardo Abreu Salomão |
| First Advisor: | José Guilherme Coelho Baêta |
| First Co-advisor: | Lázaro Valentim Donadon |
| First Referee: | Rogério Jorge Amorim |
| Second Referee: | Fernando Antonio Rodrigues Filho |
| Abstract: | As projeções indicam uma forte tendência na indústria em mudar sua matriz energética para fontes energéticas sustentáveis, migrando da dependência da queima de hidrocarbonetos pesados e carvão, para hidrocarbonetos mais leves e futuramente para o hidrogênio e outros combustíveis renováveis. Visando acelerar esta migração, governos e a iniciativa privada tem investido em pesquisas na área para garantir a confiabilidade e alta eficiência dos processos e equipamentos neste novo cenário. Umas das rotas mais curtas avaliadas tem sido a adequação de equipamentos existentes em operação para funcionarem com diferentes combustíveis, tornando-os multicombustivel, preservando a eficiência, faixa de operação e o controle rigoroso de emissão de gases poluentes. Para isso se faz necessário um profundo entendimento da dinâmica e natureza da combustão, das propriedades dos combustíveis e do regime de escoamento o qual estes equipamentos operam. No presente trabalho, é elaborado um modelo simplificado de reação global, capaz de estimar a velocidade de chama laminar dos principais hidrocarbonetos de cadeia curta e do hidrogênio. O modelo é desenvolvido para atender a uma ampla faixa de condições, incluindo preaquecimento dos reagentes e oxicombustão. O modelo é avaliado frente a dados experimentais colhidos por diversos autores em condições variadas e resultados calculados por modelos detalhados disponíveis na literatura. A velocidade laminar de propagação de cada espécie química é apresenta e compara a valores referência em diversas condições de operação. Os resultados demonstram boa coerência entre os valores obtidos pelo modelo, e os reportados pela literatura. São realizados ensaios em bancada para estimar a velocidade laminar de propagação de chama do GLP. Uma modelagem para tratamento da velocidade turbulenta de chama é proposta e avaliada frente aos resultados esperados. Os resultados obtidos se aproximam do modelo teórico desenvolvido. As constantes obtidas para o modelo global simplificado, assim como o código fonte desenvolvido são disponibilizados para o cálculo da velocidade de chama laminar em uma ampla faixa de cenários, com alto grau de assertividade. |
| Abstract: | Recent forecasts indicate a strong trend in the industry to change its energy matrix to sustainable energy sources, migrating from dependence on burning heavy hydrocarbons and coal, to lighter hydrocarbons and, in the future, to hydrogen and other renewable fuels. Aiming to accelerate this migration, governments and the private sector have invested in research in the area to ensure reliability and high efficiency of processes and equipment in this new scenario. One of the shortest routes evaluated has been the adequacy of existing equipment in operation to work with different fuels, making them multi-fuel, preserving efficiency, operating range, and strict control of polluting gas emissions. This requires a deep understanding of the dynamics and nature of combustion, the properties of fuels, and the flow regime in which these equipments operate. In the present work, a simplified global reaction model is elaborated, capable of estimating the laminar flame velocity of the short-chain hydrocarbons and hydrogen. The model is designed to meet a wide range of conditions, including reactants preheating and oxy-combustion. The model is evaluated against experimental data collected by several authors under different conditions and results calculated by detailed models available in the literature. The laminar propagation speed of each chemical species is displayed and compared to reference values under various operating conditions. The results demonstrate good consistency between the values chosen by the model and those reported in the literature. Bench tests are performed to estimate the laminar propagation velocity of LPG. A model for the treatment of turbulent flame velocity is proposed and evaluated against the expected results. The results obtained are close to the theoretical model developed. The constants obtained for the simplified global model, as well as the source code developed, are available for calculating the laminar flame velocity in a wide range of scenarios, with a high degree of accuracy. |
| Subject: | Engenharia mecânica Combustão Carro à hidrogênio Combustíveis Hidrocarbonetos |
| language: | por |
| metadata.dc.publisher.country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Minas Gerais |
| Publisher Initials: | UFMG |
| metadata.dc.publisher.department: | ENG - DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA |
| metadata.dc.publisher.program: | Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecanica |
| Rights: | Acesso Aberto |
| metadata.dc.rights.uri: | http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/pt/ |
| URI: | http://hdl.handle.net/1843/41795 |
| Issue Date: | 22-Oct-2021 |
| Appears in Collections: | Dissertações de Mestrado |
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