Estudo experimental da velocidade de propagação de chamas em um duto fechado

Abstract

O desenvolvimento socioeconômico do mundo está intimamente relacionado com a demanda energética. Nesse sentido, a ciência da combustão vem desempenhando um papel preponderante no desenvolvimento de novas tecnologias. A propagação de uma chama pode ser classificada em deflagrações (Ma<1) e detonações (Ma>1). Este trabalho descreve o estudo experimental da propagação de chamas pré-misturadas envolvendo deflagrações de misturas de gás natural, hidrogênio e hélio, observando o efeito do número de Lewis e do número de Zeldovich na velocidade de propagação das chamas. Com esse intuito, foi construída uma bancada experimental a fim de realizar os testes para obter a velocidade de propagação da chama ao longo de um duto fechado. Assim também, os resultados experimentais foram comparados com um modelo analítico disponível na literatura. Portanto, foi verificado que o modelo de Valiev et al., 2013 apresentou uma acurácia aceitável para alguns casos, quando comparado com dados experimentais. Entretanto, foram observados casos em que o modelo teve uma acurácia extremamente baixa, apresentando erros relativos da ordem de 100% para misturas com a diluição de hélio. O modelo utiliza como um dos dados de entrada a distância adimensional teórica no duto. Devido ao pobre desempenho do modelo para as misturas com a adição de hélio, os cálculos foram repetidos utilizando a distância adimensional experimental, em vez da distância experimental calculada, de acordo as misturas estudadas neste trabalho. Desse modo, após a alterações realizadas, os resultados calculados da velocidade de propagação apresentaram uma melhor acurácia comparadas as velocidades de propagação calculadas pelo modelo de Valiev et al., 2013, principalmente em se tratando de misturas diluídas com hélio. Em relação aos números adimensionais observou-se que a velocidade de propagação das misturas estudadas aumenta quando 𝐿𝑒 < 1 e 𝑍𝑒 for próximo a 7, enquanto para 𝐿𝑒 > 1, 𝑍𝑒 < 7 ou 𝑍𝑒 > 7 as velocidades de propagação da chama tendem a diminuir.

The socioeconomic development of the world is closely related to energy demand. In this sense, the science of combustion has been playing a leading role in the development of new technologies. The flame propagation can be classified into deflagrations (Ma<1), and detonations (Ma>1). This work describes the experimental study of flame propagation premixed involving deflagrations of mixtures of natural gas, hydrogen and helium, observing the effect of the Lewis number and the Zeldovich number on the flame propagation. For this purpose, an experimental bench was built in order to carry out tests to obtain the flame propagation speed along a closed duct. Also, the experimental results were compared with an analytical model available in the literature. Therefore, it was verified that the Valiev et al., 2013 showed acceptable accuracy for some cases, when compared with experimental data. However, cases were observed in which the model had an extremely low accuracy, presenting relative errors of the order of 100% for mixtures with helium dilution. The model uses as one of the input data the theoretical dimensionless distance in the duct. Due to the poor performance of the model for the mixtures with the addition of helium, the calculations were repeated using the dimensionless experimental distance, instead of the calculated experimental distance, according to the mixtures studied in this work. Thus, after the changes made, the results calculated for the propagation velocity showed better accuracy compared to the propagation velocities calculated by the propagation model. Valiev et al., 2013, especially in the case of mixtures diluted with helium. Regarding the dimensionless numbers, it was observed that the propagation speed of the studied mixtures increases when 𝐿𝑒 < 1 and 𝑍𝑒 is close to 7, while for 𝐿𝑒 > 1, 𝑍𝑒 < 7 or 𝑍𝑒 > 7 flame propagation speeds tend to decrease.