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Modelagem de Escoamento com Recirculação para Estabilizadores de
Chamas Aerodinâmicos e Mecânicos
Renan Gabbi Marcelo Trindade Oleg Khatchatourian Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul – UNIJUÍ
Departamento de Ciências Exatas e Engenharias – DCEEng, 98700-000, Ijuí, RS
E-mail: [email protected]; [email protected] e [email protected]
Jenifer Heuert Konrad Instituto Federal Farroupilha, Campos Panambi
98280-000, Panambi, RS
E-mail: [email protected]
RESUMO
Os estabilizadores de chama podem ser mecânicos ou aerodinâmicos. Ambos possuem a
mesma finalidade e são diferenciados quanto à forma na qual produzem o obstáculo ao fluxo
principal. Os estabilizadores mecânicos (Fig. 2) utilizam um corpo com variação brusca de
geometria para gerar as zonas de recirculação. Estes corpos aerodinamicamente desfavoráveis
podem ter diversas formas, como por exemplo, cones elípticos, cilindros, anel ou esferas. Nos
estabilizadores aerodinâmicos não se utilizam corpos de variação brusca, mas sim jatos
transversais que interagem com um fluxo principal.
Os jatos transversais tem ampla aplicação em diversos equipamentos (em processos de
combustão, para melhorar aerodinâmica de asas de aviões, em portas aerodinâmicas, em jatos
de ar-condicionados, etc). Por exemplo, as zonas de recirculação formadas através da interação
de jatos transversais com fluxo principal podem ser usadas para manter chama em um fluxo de
alta velocidade (Fig. 1).
A interação entre um jato transversal e um fluxo principal leva a formação de uma zona
de pressão reduzida atrás do jato, devido ao movimento do fluxo proveniente do injetor que
carrega consigo partículas de sua vizinhança (partículas de gás ou ar). O movimento do fluxo,
por sua vez, tende a se direcionar para locais onde a pressão é menor, desta forma o fluxo é
direcionado no sentido contrário de seu movimento inicial, buscando preencher esta zona onde a
pressão é reduzida. Este fluxo circular, ou seja, movimento de recirculação formado atrás do
jato transversal é chamado de Zona de Recirculação.
O processo de combustão em fluxo turbulento depende significativamente dos parâmetros
hidrodinâmicos (intensidade e escala de turbulência), e parâmetros físico-químicos
(temperatura, pressão e composição) do fluxo da mistura inicial. Portanto, para conhecer o
comportamento do estabilizador aerodinâmico de chama é necessário estudar também a
distribuição das concentrações, temperaturas e características da turbulência, atrás da zona de
recirculação.
Figura 1. Esquema de um estabilizador
aerodinâmico Figura 2. Esquema de um estabilizador mecânico
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ISSN 1984-8218
O modelo da interação de jato transversal com um fluxo principal (nos limites do
comprimento da zona de recirculação) foi estudado em [1-2], e as relações quantitativas foram
estabelecidas entre as dimensões da zona de fluxo inverso, a qual surge atrás do jato transversal,
a geometria de bocal (β0, b0, d0) e o valor do parâmetro hidrodinâmico Vq , para alguns casos
particulares.
As dimensões da zona de recirculação para a geometria escolhida dependem do parâmetro
hidrodinâmico Vq , que pode ser calculado através da seguinte relação:
2
2
W
Vq
W
VV
(1.1)
onde V e W representam a velocidade, V e W são as densidades do jato transversal e do
fluxo principal, respectivamente.
O modelo matemático para simulação do escoamento consiste em sistema de equações de
continuidade, de Navier-Stokes, de conservação de energia e equações de modelo de
turbulência.
A turbulência é um fenômeno no qual as partículas do fluído se misturam de forma não
linear, que é descrito através de diversos modelos de turbulência. Os modelos que estão sendo
estudados são: Omega Reynolds Stress; QI Reynolds Stress; LRR Reynolds Stress; k-Omega;
RNG k-Epsilon; Zero Equation; SSG Reynolds Stress; Shear Stress Transport; k-Epsilon.
Descrever todos esses modelos seria muito extenso, além disso, percebeu-se durante a
realização das simulações que o modelo k-Epsilon apresenta uma maior proximidade com os
dados experimentais, o qual foi apresentado por [3].
Palavras-chave: Modelos de Turbulência; Jato Transversal; Estabilizador Aerodinâmico de Chama;
Estabilizador Mecânico;
Referências
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