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dc.creatorElias, Alex José-
dc.date.accessioned2023-07-31T16:15:59Z-
dc.date.available2023-07-31T16:15:59Z-
dc.date.issued2023-07-24-
dc.identifier.citationELIAS, Alex José. Mecanismos virtuais de cinética química aplicados à modelagem de misturas complexas de combustíveis gasosos. 2023. 95 f. Tese (Doutorado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.421.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/38791-
dc.description.abstractIncorporating detailed chemical kinetics into the numerical modeling of turbulent combustion is an arduous task, especially when one wants to study industrial-scale problems more realistically. In fact, detailed kinetic mechanisms are constructed to be comprehensive, consisting of numerous species and reactions to accurately model a wide range of thermo-chemical conditions. Therefore, it is necessary to evaluate hundreds of transport equations for the mass fractions of the species present, besides the correct appreciation of each reaction existing in the kinetic mechanism. In most cases of interest, the computational resources required to perform such a task are prohibitive. An alternative frequently used in the literature is the reduction of detailed mechanisms using specific conditions of interest as parameters. While this is an efficient strategy in cases involving the burning of simple fuels, it tends to produce mechanisms that are still considered extensive in cases involving complex fuel mixtures. The present thesis uses the strategy of constructing optimized virtual kinetic mechanisms in the modeling of a complex mixture of gaseous fuels characteristic of an industrial CO boiler. This methodology aims transfering to a simplified mechanism the kinetic complexity of a detailed reference mechanism. To this end, firstly kinetic mechanisms available in the literature are evaluated under conditions of interest. A detailed mechanism is proposed and used as a reference. Classical techniques of kinetic complexity reduction are applied to this mechanism to identify the minimum number of species/reactions necessary to represent the conditions of interest. Subsequently, the same detailed mechanism is used as a reference in the optimization processes of the virtual kinetic mechanism, composed of virtual reactions and virtual species. The accuracy of the optimized mechanism is evaluated in one-dimensional premixed laminar flame calculations. The results obtained indicate that the methodology can be successfully applied to complex mixtures of gaseous fuels, just as it was used in studies of hydrocarbon-air mixtures. However, it was shown that the process of optimizing simultaneous operating conditions, necessary for generalizing the model to the entire range of interest, needs to be revisited in problems requiring explicit optimization of the thermodynamic properties of the virtual intermediate species.pt_BR
dc.description.sponsorshipPetrobrás - Petróleo Brasileiro S.Apt_BR
dc.languageporpt_BR
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândiapt_BR
dc.rightsAcesso Abertopt_BR
dc.subjectCinética detalhadapt_BR
dc.subjectDetailed chemistrypt_BR
dc.subjectMecanismo cinético virtualpt_BR
dc.subjectVirtual optimized chemistrypt_BR
dc.subjectRedução cinéticapt_BR
dc.subjectMechanism reductionpt_BR
dc.subjectEvolução diferencialpt_BR
dc.subjectDifferential evolutionpt_BR
dc.titleMecanismos virtuais de cinética química aplicados à modelagem de misturas complexas de combustíveis gasosospt_BR
dc.title.alternativeVirtual chemical mechanisms applied to the modeling of complex gaseous fuelspt_BR
dc.typeTesept_BR
dc.contributor.advisor-co1Serfaty, Ricardo-
dc.contributor.advisor-co1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5917199961355543pt_BR
dc.contributor.advisor1Vedovotto, João Marcelo-
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/5630598971511798pt_BR
dc.contributor.referee1Souza, Francisco José de-
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1257320066520278pt_BR
dc.contributor.referee2Lobato, Fran Sergio-
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/7640108116459444pt_BR
dc.contributor.referee3Noriler, Dirceu-
dc.contributor.referee3Latteshttp://lattes.cnpq.br/8866725802072331pt_BR
dc.contributor.referee4Pereira, Fernando Marcelo-
dc.contributor.referee4Latteshttp://lattes.cnpq.br/0736051327712068pt_BR
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/6260628541386586pt_BR
dc.description.degreenameTese (Doutorado)pt_BR
dc.description.resumoIncorporar cinética química detalhada na modelagem numérica da combustão turbulenta é uma tarefa árdua, especialmente quando se deseja estudar, de forma mais realista, problemas de escala industrial. Isso se deve ao fato de que mecanismos cinéticos detalhados são construídos para serem abrangentes, compostos por um número grande de espécies e reações, visando modelar com acurácia uma ampla faixa de condições termo-químicas. Logo, faz-se necessário a avaliação de centenas de equações de transporte para as frações mássicas das espécies presentes, bem como a correta apreciação de cada reação existente no mecanismo cinético. Na grande maioria dos casos de interesse envolvendo dinâmica de fluidos computacional, os recursos computacionais necessários para realizar tal tarefa são proibitivos. Mesmo simulações de reatores 1-D são computacionalmente dispendiosas. Uma alternativa utilizada com frequência na literatura é a redução de mecanismos detalhados, utilizando-se como parâmetros condições específicas de interesse. Embora seja uma estratégia eficiente em casos envolvendo a queima de misturas simples, tende a produzir mecanismos ainda considerados extensos em casos envolvendo misturas de combustíveis complexas. Na presente tese, utiliza-se a estratégia de construção de mecanismos cinéticos virtuais otimizados, na modelagem de uma mistura complexa de combustíveis gasosos, característica de uma caldeira de CO industrial. Essa metodologia visa transferir para uma mecanismo simplificado a complexidade cinética de um mecanismo detalhado de referência. Para tanto, inicialmente são avaliados mecanismos cinéticos disponíveis na literatura em condições de interesse. Um mecanismo detalhado é proposto e utilizado como referência. A esse mecanismo são aplicadas técnicas clássicas de redução de complexidade cinética, com objetivo de identificar o número mínimo de espécies/reações necessários para representar condições de interesse. Posteriormente, o mesmo mecanismo detalhado é utilizado como referência nos processos de otimização do mecanismo cinético virtual. A acurácia do mecanismo otimizado é avaliada em cálculos de chama laminares pré-misturadas unidimensionais. Os resultados obtidos indicam que a metodologia pode ser aplicada com sucesso a misturas complexas de combustíveis gasosos. Entretanto, foi demonstrado que o processo de otimização de condições simultâneas de operação, necessário para generalização do modelo para toda a faixa de interesse, precisa ser revisitado em problemas que exijam a otimização explícita das propriedades termodinâmicas da espécie virtual intermediária.pt_BR
dc.publisher.countryBrasilpt_BR
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânicapt_BR
dc.sizeorduration95pt_BR
dc.subject.cnpqCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::TRANSFERENCIA DE CALORpt_BR
dc.identifier.doihttp://doi.org/10.14393/ufu.te.2023.421pt_BR
dc.orcid.putcode139662568-
dc.crossref.doibatchid7e5cd794-af89-4208-9b51-aaf2c4d3a7ea-
dc.subject.autorizadoEngenharia mecânicapt_BR
dc.subject.autorizadoGás como combustível-
dc.subject.autorizadoCinética química-
dc.subject.autorizadoEngenharia de combustão-
dc.subject.autorizadoTermodinâmica-
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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