| 1. Identificação | |||||||||||||
| Tipo de Referência | Tese ou Dissertação (Thesis) | ||||||||||||
| Site | mtc-m16d.sid.inpe.br | ||||||||||||
| Código do Detentor | isadg {BR SPINPE} ibi 8JMKD3MGPCW/3DT298S | ||||||||||||
| Identificador | 8JMKD3MGP7W/3DFEJDS | ||||||||||||
| Repositório | sid.inpe.br/mtc-m19/2013/01.31.16.43 | ||||||||||||
| Última Atualização | 2013:04.22.15.06.58 (UTC) tereza@sid.inpe.br | ||||||||||||
| Repositório de Metadados | sid.inpe.br/mtc-m19/2013/01.31.16.43.31 | ||||||||||||
| Última Atualização dos Metadados | 2022:03.16.01.32.02 (UTC) administrator | ||||||||||||
| Chave Secundária | INPE-17145-TDI/1996 | ||||||||||||
| Chave de Citação | Salvador:2012:SiGrEs | ||||||||||||
| Título | Simulaçao de grandes escalas para chamas reativas não premisturadas com química detalhada  | ||||||||||||
| Título Alternativo | Non-premixed detailed chemistry reactive flame large eddy simulation | ||||||||||||
| Curso | PCP-ETES-SPG-INPE-MCTI-GOV-BR | ||||||||||||
| Ano | 2012 | ||||||||||||
| Data | 2012-11-29 | ||||||||||||
| Data de Acesso | 16 jun. 2024 | ||||||||||||
| Tipo da Tese | Tese (Doutorado em Combustão e Propulsão) | ||||||||||||
| Tipo Secundário | TDI | ||||||||||||
| Número de Páginas | 222 | ||||||||||||
| Número de Arquivos | 1 | ||||||||||||
| Tamanho | 4567 KiB | ||||||||||||
| 2. Contextualização | |||||||||||||
| Autor | Salvador, Nicolas Moises Cruz | ||||||||||||
| Banca | Dourado, Wladimyr Mattos da Costa (presidente/orientador) Mendonça, Marcio Teixeira de (orientador) Fachini Filho, Fernando Azevedo, João Luiz Filgueiras de Flatschart, Ricardo Becht | ||||||||||||
| Endereço de e-Mail | nmc.salvador@gmail.com | ||||||||||||
| Universidade | Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) | ||||||||||||
| Cidade | São José dos Campos | ||||||||||||
| Histórico (UTC) | 2013-01-31 16:47:20 :: nmc.salvador@gmail.com -> administrator :: 2013-04-22 14:02:26 :: administrator -> lmanacero@yahoo.com :: 2013-04-22 15:09:36 :: lmanacero@yahoo.com -> tereza@sid.inpe.br :: 2013-04-23 12:18:58 :: tereza@sid.inpe.br :: -> 2012 2013-04-23 13:01:02 :: tereza@sid.inpe.br -> administrator :: 2012 2022-03-16 01:32:02 :: administrator -> :: 2012 | ||||||||||||
| 3. Conteúdo e estrutura | |||||||||||||
| É a matriz ou uma cópia? | é a matriz | ||||||||||||
| Estágio do Conteúdo | concluido | ||||||||||||
| Transferível | 1 | ||||||||||||
| Palavras-Chave | simulação de grandes escalas combustão turbulenta chamas de difusão cinético-química chamas pré-misturadas LES turbulent combustion diffusion flame chemical-kinetics premixed flames | ||||||||||||
| Resumo | Muitos dispositivos na indústria aeroespacial trabalham com combustão turbulenta nos seus sistemas de propulsão. O conhecimento sobre este fenômeno é muito importante para explicar seu comportamento físico e químico. Neste contexto, o estudo de modelos que incluam transporte de escalares na zona de reação é importante para compreender e desenvolver máquinas mais eficientes. Ao utilizar dinâmica de fluidos computacional (CFD) em conjunto com os métodos experimentais é possível reduzir o custo e tempo de desenvolvimento destas máquinas. O objetivo principal deste trabalho é adaptar um modelo de combustão turbulenta para chamas difusivas não pré-misturadas, que utiliza a metodologia das equações médias de Reynolds, para um modelo que representa as grandezas turbulentas utilizando simulação de grandes escalas. O modelo foi implementado no código aberto OpenFoam sob o nome de reactingFoamLES. Tal modelo se baseia em taxa de reação finita, por conseguinte, ele resolve as taxas de reação para um número de espécies importantes e, por tanto, precisa de um mecanismo de cinética química. A estrutura numérica foi desenvolvida a partir de um modelo adaptado para o tratamento de combustão para chamas não pré-misturadas com química detalhada. O modelo empregado é o denominado reator parcialmente misturado ou em siglas em inglês \textit{PartialStirredReator}(PaSR), que é usado em combustão não pré-misturada turbulenta, onde as escalas do tempo químico são separados do tempo turbulento. A validação da implementação SGE do modelo PaSR foi realizada comparando-se os resultados numéricos com resultados experimentais realizados no Laboratório Sandia, do Sandia \textit{National Laboratories} para o queimado r tipo jato livre, denominado Sidney Sandia. Preliminarmente, foram avaliados três modelos de turbulência presentes no código: o modelo de Smagorinsky, o modelo de uma equação e o modelo dinâmico de uma equação para escoamento turbulento reativo de chama pré-misturada. Essa simulação reproduz dados experimentais do escoamento num canal com obstáculo obtidos no laboratório de ENSMA, na França. Análises numéricas do escoamento inerte e reativo foram realizadas. Para o escoamento inerte o campo de velocidade e o comprimento da zona de recirculação foram comparados, assim como foi feita também uma análise dos espectros de energia obtidos numericamente. A análise do espectro de energia obtido mostra o decaimento de -5/3 presente na simulação em 3D e confirma que a malha é a adequada para capturar os efeitos de sub-malha com o modelo adotado. A simulação com escoamento reativo, considerando uma pré-mistura de Propano (C$_{3}$H$_{8}$) com ar para uma razão de equivalência igual a 0,65, mostra que os valores de velocidade e variável de avanço são bem próximos dos valores obtidos experimentalmente. Com a validação dos modelos de turbulência SGE presentes no OpenFoam, realizou-se a simulação para uma chama não pré-misturada do queimador SANDIA com o modelo de Smagorinsky para sub-malha. O experimento consiste em um queimador alimentado com mistura do combustível de CH4/H2 (1:1 em volume) e de ar como oxidante, que cofluem com uma velocidade de 118 m/s e 40 m/s, respectivamente. Os resultados numéricos foram comparados com os dados experimentais obtidos pela Universidade de Sydney e resultados do Workshop para chamas turbulentas TNF7, que mostra resultados de simulações numéricas obtidas com modelos RANS e SGE de outros laboratórios. O mecanismo químico reduzido utilizado contém 34 espécies e 46 reações. O desempenho deste mecanismo cinético foi avaliado através da comparação do mecanismo reduzido POA com um mecanismo completo, denominado GRIMECH 3.0 para os escalares temperatura, \textit{H$_{2}$0, CO, CO$_{2}$ e OH}. Essa comparação foi obtida na simulação unidimensional para chama contracorrente, com o código de tipo aberto denominado CANTERA. Os principais parâmetros comparados na simulação com PaSR foram: a temperatura, a fração de mistura, as concentrações de \textit{OH, CO, CO$_{2}$ e H$_{2}$O} para 5 perfis radiais dentro da zona de recirculação e no início do jato livre. Os resultados numéricos mostram concordância com os resultados experimentais e com aqueles obtidos numericamente. ABSTRACT: Many devices in the space industry rely on turbulent combustion in their propulsive system. The knowledge about this phenomena is very important to explain their physical and chemical behavior. In this context, the study of mo dels that includ transport of scalars in the reaction zone is important for the understanding and development of more efficient machinery. By using computational fluid dynamics (CFD) in conjuction with experimental methods it is possible to reduced the cost and time of the machinery development procedure. The main goal of this work is to substitute a non-premixed RANS turbulent combustion model by a large eddy simulation non-premixed turbulent combustion model. The LES model was implemented on the open source CFD co de OpenFoam and called reactingFoam. The model is based on finite reaction rate, therefore it solves ODEs for a number of important species and thus needs a chemical kinetic mechanism. The numerical structure was developed based on an Eddy Break-Up model (EBU), that allows the treatment of turbulent diffusion combustion. The chemical model in the solver is a Partial Stirred Reactor (PaSR), which is used in combustion of non premixed fiames, where the chemical time scales and the spatial scales have a special treatment. The implementation was verified and validated by comparing numerical results with experimental results obtained at the University of Sidney and other numerical results presented at the Turbulent Flame Workshop TNF7 for the Bluff-body type burner developed by the Sandia National laboratory. First, simulations of pre-mixed turbulent fiame in a channel with a flame holder were compared to experimental results obtained at The ENSMA laboratory in France. The objective of this preliminary test was to validate the large eddy simulation turbulent model with the combustion model called X iFoam. Both inert flow and reactive flow simulations were performed. In the inert flow, comparison with velocity profile and recirculation vortex zone in unsteady flow was performed, as well as an analysis of the energy spectrum obtained numerically. The spectrum was obtained in order to confirm if the mesh is adequate for the turbulence models adopted. The simulation with reacting fiow considered a pre-mixture of propane (C3H8) with air such that the equivalence ratio was equal to 0.65, with a theoretical adiabatic flame temperature of 1800 K. The results show good agreement with the experimental data. After the validation of the LES model implemented on OpenFoam, test cases for turbulent difusion flames were undertaken. Numerical results for the Sandia burner were compared to experimental results from the University of Sidney and other numerical results obtained with RANS and LES mo dels available in the literature. The test case consist of a burner fed with fuel mixture of CH4/H2 (1:1 in volume) and coflow of air with a bulk jet velocity of 118 m/s and 40 m/s, respectively. The chemical mechanism used is a reduced one which contains 34 species and 46 reactions. The performance of this kinetic mechanism was evaluated comparing the laminar non-premixed flame velocity with the one obtained by GRIMECH 3.0. The laminar non-premixed flame velocity was given using the lD flame solver CANTERA. The main parameters compared were Temperature, velocity, mixture fraction, concentration of OH, CO, C02 and H20 for 4 radial profiles within the recirculation zone. The results show good agreement with the experimental results and numerically obtained results with RANS. | ||||||||||||
| Área | ETES | ||||||||||||
| Arranjo | urlib.net > BDMCI > Fonds > Produção pgr ATUAIS > PCP > Simulaçao de grandes... | ||||||||||||
| Conteúdo da Pasta doc | acessar | ||||||||||||
| Conteúdo da Pasta source |
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| Conteúdo da Pasta agreement |
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| 4. Condições de acesso e uso | |||||||||||||
| URL dos dados | http://urlib.net/ibi/8JMKD3MGP7W/3DFEJDS | ||||||||||||
| URL dos dados zipados | http://urlib.net/zip/8JMKD3MGP7W/3DFEJDS | ||||||||||||
| Idioma | pt | ||||||||||||
| Arquivo Alvo | publicacao.pdf | ||||||||||||
| Grupo de Usuários | lmanacero@yahoo.com nmc.salvador@gmail.com tereza@sid.inpe.br | ||||||||||||
| Grupo de Leitores | administrator lmanacero@yahoo.com nmc.salvador@gmail.com tereza@sid.inpe.br yolanda.souza@mcti.gov.br | ||||||||||||
| Visibilidade | shown | ||||||||||||
| Detentor da Cópia | SID/SCD | ||||||||||||
| Permissão de Leitura | allow from all | ||||||||||||
| Permissão de Atualização | não transferida | ||||||||||||
| 5. Fontes relacionadas | |||||||||||||
| Repositório Espelho | iconet.com.br/banon/2006/11.26.21.31 | ||||||||||||
| Unidades Imediatamente Superiores | 8JMKD3MGPCW/3F35D8B | ||||||||||||
| Lista de Itens Citando | sid.inpe.br/bibdigital/2013/10.14.22.36 2 | ||||||||||||
| Divulgação | BNDEPOSITOLEGAL | ||||||||||||
| Acervo Hospedeiro | sid.inpe.br/mtc-m19@80/2009/08.21.17.02 | ||||||||||||
| 6. Notas | |||||||||||||
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