[pt] ESTUDO EXPERIMENTAL DE CHAMAS TURBULENTAS NÃO PRÉ-MISTURADAS EMPREGANDO SIMULTANEAMENTE AS TÉCNICAS DE DIAGNÓSTICO LASER PLIF E PIV

[en] EXPERIMENTAL STUDY OF TURBULENT NON-PREMIXED FLAMES BY SIMULTANEOUSLY APPLYING PLIF AND PIV LASER DIAGNOSTIC TECHNIQUES

[pt] NATTAN ROBERTO CAETANO

[pt] TURBULENCIA

[pt] FLUORESCENCIA INDUZIDA POR LASER

[pt] COMBUSTAO

[en] TURBULENCE

[en] LASER INDUCED FLUORESCENCE

[en] COMBUSTION

[pt] O escoamento em um queimador tipo corpo rombudo é estudado experimentalmente. Este queimador, representativo daqueles que podem ser encontrados em fornos industriais, propicia um amplo acesso óptico, fornecendo assim as condições necessárias para um estudo detalhado da combustão em escoamentos turbulentos. São realizadas medições simultâneas da luminosidade emitida pela fluorescência induzida do radical químico Hidroxila (OH) e do campo de velocidade do escoamento aplicando as técnicas de Fluorescência Induzida por Plano Laser (PLIF) e Velocimetria por Imagem de Partículas (PIV), respectivamente. A análise de incerteza das medições realizada mostrou que nos casos reativos as incertezas experimentais associadas às técnicas PIV e PLIF, são de 6 por cento e 25 por cento, respectivamente. O estudo de dois casos quimicamente inertes, um com o escoamento dominado pelo jato e outro pela esteira, serve de base para o cálculo das incertezas nas medições e na análise da estrutura do escoamento. Em seguida são estudados diversos regimes de combustão utilizando diferentes vazões de combustível gás natural e ar. As características da frente de chama e as estruturas do escoamento a jusante da superfície do queimador são analisadas através da distribuição da fluorescência de OH e dos campos de velocidade medidos. A imagem média permite verificar a posição do escoamento em que a chama se estabiliza, além de indicar a superfície de estequiometria e a altura média de ancoramento da chama. Os valores de RMS da fluorescência de OH indicam a flutuação da frente de chama, tanto na posição quanto na intensidade. Uma análise do tensor de Reynolds do escoamento é realizada à luz da hipótese de Boussinesq, ou seja, é investigada a pertinência do mecanismo de conexão entre a taxa de deformação média do escoamento e as tensões de Reynolds, a fim de examinar o desvio em relação à isotropia da turbulência. Os resultados dos casos reativos são semelhantes aos inertes. Assim sendo, a hipótese de Boussinesq parece ser aplicável nos casos em que o escoamento é dominado pelo jato, mas não quando ocorre interrupção deste na região de esteira. Os resultados apresentados contribuem para formação de um banco de dados que possibilitará a validação de novos modelos computacionais destinados a realização de simulações numéricas, visando a otimizar a combustão e propiciar a construção de queimadores mais eficientes que possibilitem a economia de combustível e a diminuição nas emissões de poluentes e material particulado.

[en] Turbulent non-premixed flames stabilized on a bluff-body burner are studied. This burner is representative of industrial furnace applications, provides ample optical access, allowing for the required conditions to perform a detailed combustion study in turbulent flowfield. Measurements of the fluorescence luminosity emitted by OH radical and the velocity field are achieved applying, Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF) and Particle Image Velocimetry (PIV) techniques, respectively. An uncertainty analysis is presented considering specifically the reactive case, which yields experimental uncertainties associated to the PIV and PLIF techniques of 6 per cent and 25 per cent, respectively. The study of two chemically inert cases, the first dominated by jet and the second dominated by wake, supports the uncertainty calculations and the flowfield structure analysis. Subsequently, several combustion regimes using Natural Gas and air are studied. The flame front characteristics and flowfield structures are analyzed using the OH fluorescence distribution and measured velocity field. The mean images allow the determination of the flame stabilization position in the flowfield, and also indicate the stoichiometry surface and the mean lift-off height. The RMS values of fluorescence signal quantify the flame front fluctuation, both in position and intensity. The measured components of the Reynolds stress tensor are analyzed with respect to the Boussinesq hypothesis, i.e., the relation between mean strain rate and Reynolds stress tensor, in order to examine the tensor deviation from the isotropy. The Boussinesq hypothesis seems to be valid in cases where the jet is dominant and not valid when jet bursts in the wake region. The presented results are the first step towards the construction of a database to validate computational models aimed at optimizing the combustion process and designing more efficient burners.

LUIS FERNANDO FIGUEIRA DA SILVA

LUIS FERNANDO ALZUGUIR AZEVEDO

MARCOS SEBASTIAO DE PAULA GOMES

LUIS FERNANDO FIGUEIRA DA SILVA

PEDRO TEIXEIRA LACAVA

RICARDO SERFATY

AMIR ANTONIO MARTINS DE OLIVEIRA JUNIOR

2014-04-07

2012-04-16

[pt] TEXTO

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PORTUGUÊS

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https://doi.org/10.17771/PUCRio.acad.22809