Estudo experimental de estabilidade e emissão de radiação térmica em chamas não pré-misturadas de gás natural diluídas com dióxido de carbono sujeitas a escoamento cruzado

Abstract

Este trabalho descreve o estudo experimental de chamas turbulentas difusivas de gás natural veicular diluído com dióxido de carbono, sujeitas a vento lateral. A primeira parte do trabalho se concentra em estudar a estabilidade e geometria dessas chamas. Para tal, é montado um aparato experimental a fim de realizar os experimentos. Os resultados experimentais obtidos nesta primeira parte do trabalho dizem respeito ao comprimento de chama, altura de levantamento de chama, suas inclinações e mapas de estabilidade. Para comparar os dados experimentais, modelos algébricos da literatura são ajustados para o comprimento de chama. Na segunda etapa do trabalho, são estudados os aspectos da radiação térmica e, para isso, é montada uma bancada experimental para medir os fluxos de calor radiativos e fração radiante emitida pelas chamas. Ainda, mostra de forma quantitativa o efeito da adição de dióxido de carbono na mistura com o combustível e do vento cruzado ocasionando a redução do comprimento de chama e o aumento da altura de levantamento de chama, pois o dióxido de carbono inibe a formação de fuligem e, consequentemente, o prosseguimento da reação química. Além disso, a adição do dióxido de carbono faz com que haja redução nos valores da fração radiante. Os modelos algébricos ajustados para o comprimento de chama se mostram coerentes com os dados físico-químicos apresentados neste estudo.

This work describes the experimental study of turbulent diffusion flames of natural gas diluted with carbon dioxide subjected to lateral wind. The first part of the work focused on studying flames stability and geometry. For this purpose it was set up an experimental apparatus to do the experiments of this section. The results of this first part are experimental measurements for flame length, height of uplifting, tilt angle and a stability mapping. To compare the experimental data, algebraic models from the literature were tested and adjusted for the flame length. In the second part of the work it was studied thermal radiation. For this purpose it was set up an experimental bench to measure radiative heat fluxes and radiant fractions emitted by these flames. Additionally, it is shown quantitatively that the addition of carbon dioxide in the mixture with the fuel and crossed wind reduced the length of the flame and increases the flame lifting height, therefore, carbon dioxide inhibits the formation of soot and consequently the continuation of the chemical reaction. Besides that, the addition of this inert causes a decrease in radiative fraction values. The algebraic models fitted for the flame length were consistent with the physicochemical data shown in this study.