Desenvolvimento de soluções analíticas e numéricas para chamas difusivas

Abstract

Neste trabalho apresenta-se um estudo analítico e numérico de uma chama difusiva turbulenta de metano. Sob a hipótese de baixo número de Mach, desenvolve-se as equações de balanço das espécies químicas (oxigênio, combustível, dióxido de carbono, vapor d'água), fração de mistura, temperatura e quantidade de movimento. Usa-se o modelo Flamelet para desenvolver o trabalho com uma chama difusiva turbulenta. Soluções analíticas são desenvolvidas pela autora, de modo a compreender os mecanismos não lineares existentes e validar a solução numérica. A Simulação em Grandes Escalas (LES) é requisitada para representar o uxo turbulento. Na simulação numérica adota-se o método de diferenças nitas com um sistema não oscilatório do tipo TVD (Total Variational Diminishing), considerando um domínio tridimensional do tipo paralelepípedo, com condições de contorno de Dirichlet e Neumann. Os resultados analítico e numérico da temperatura, fração de mistura e fração de massa das espécies são comparados com dados experimentais encontrados na literatura.

This work presents an analytical-numerical study of a turbulent di usion ame of methane. The low Mach number ow hypothesis is assumed, to develop the balance equation of the chemical species (oxygen, fuel, carbon dioxide, water vapour), mixture fraction, temperature and momentum. The Flamelet model is employed to model the turbulent di usive ame. Analytical solutions are developed by the author, to understand the mechanisms of the nonlinear e ects and to validate the numerical solution. The Large Eddy Simulation (LES) is used to capture the turbulent ow. In the numerical simulation, the nite di erence method based on a non oscillatory TVD, Total Variational Diminishing scheme, assuming a three-dimensional parallelopiped domain, with Dirichlet and Neumann boundary conditions, is adopted. The analytical and numerical results for the temperature, mass fraction and mixture fraction are compared with experimental data in the literature.