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Type: TCC
Title: Análise da influência de modelos de turbulência e de cinética química na simulação de uma chama de hidrogênio
Authors: Sampaio, Helton Carlos Marques
Advisor: Bueno, Andre Valente
Keywords in Brazilian Portuguese : Combustão;Dinâmica dos fluidos computacional;Chamas difusivas
Keywords in English : Combustion;Computational fluid dynamics;Diffusive flames
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Issue Date: 2023
Citation: SAMPAIO, Helton Carlos Marques. Análise da influência de modelos de turbulência e de cinética química na simulação de uma chama de hidrogênio. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Mecânica)-Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2023.
Abstract in Brazilian Portuguese: Em um cenário econômico da crescente do gás hidrogênio na matriz energética mundial como uma das medidas para mitigar os avanços da crise climática relativa ao uso de combustíveis fósseis, o Brasil se mostra um potencial produtor em escala desta fonte. A realização de uma análise computacional de uma chama difusiva de hidrogênio se mostra essencial para desenvolvimento e otimização de projetos. Dentre os diversos parâmetros envolvidos em uma simulação computacional de combustão, os modelos de turbulência e de cinética química se mostram essenciais para a predição do comportamento da chama em relação às taxas de emissão de espécies e temperatura média. Este trabalho visa analisar a influência de modelos de cinética química que variam em nível de complexidade e de modelos de turbulência que apresentam diferentes abordagens matemáticas por meio do software ANSYS-Fluent para predição do perfil axial de emissões e temperatura com uma chama difusiva turbulenta de gás hidrogênio, H2. Os mecanismos GRI Mech 3.0 e de Conaire et al. (2004) foram comparados em conjunto com os modelos de turbulência k −ω SST e k −ε padrão. Uma malha hexaédrica não estruturada foi utilizada para a realização das simulações. Para ambos os mecanismos, os resultados para os modelos de turbulência indicam desempenhos divididos, com o k −ω SST com melhores resultados nas curvas de O2 em geral e nas curvas de H2O e Temperatura normalizada a partir do ponto z/d = 100. O modelo k−ε teve melhor aproximação em geral nas curvas de N2, OH. Em geral, todas as configurações utilizadas superestimaram os valores de geração/consumo de espécies e de temperatura
Abstract: In an economic scenario characterized by the increasing adoption of hydrogen gas in the global energy matrix as one of the strategies to mitigate the advances of the climate crisis related to the use of fossil fuels, Brazil emerges as a potential large-scale producer of this energy carrier. The computational analysis of a diffusive hydrogen flame proves to be essential for the development and optimization of projects. Among the various parameters involved in a computational combustion simulation, turbulence and chemical kinetics models are crucial for predicting the flame behavior concerning species emission rates and average temperature. This work aims to analyze the influence of chemical kinetics models varying in complexity and turbulence models employing different mathematical approaches using the ANSYS-Fluent software to predict the axial profile of emissions and temperature in a turbulent diffusive hydrogen gas flame, H2. The GRI Mech 3.0 and Conaire et al. (2004) mechanisms were compared along with the k −ω SST and standard k −ε turbulence models. An unstructured hexaedral mesh was used for the simulations. For both mechanisms, the results for the turbulence models indicate mixed performances, with the k −ω SST showing better results in general for O2 curves and for H2O and temperature curves normalized from the z/d = 100 point. The k−ε model had a better overall fit for N2, OH curves. In general, all applied configurations overestimated the values of species generation/consumption and temperature
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/77479
Author's Lattes: http://lattes.cnpq.br/8799595733282401
Advisor's Lattes: http://lattes.cnpq.br/7255751296587016
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:ENGENHARIA MECÂNICA - Monografias

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