Estudos numéricos em micro-combustão

Resumo

A rápida evolução de micro sistemas nos últimos anos gerou uma necessidade de obter uma fonte de energia compacta, capaz de se recarregar instantaneamente, com elevada capacidade energética e de longa duração. No entanto, no presente momento, este tipo de sistemas dependem fortemente de baterias, contudo a sua limitação em termos de densidade energética e do número de ciclos de recarga originou como alternativa o desenvolvimento de micro geradores elétricos, envolvendo micro-combustão. Por essa razão, nesta última década tem havido uma pesquisa dedicada a este tema com o objetivo de compreender melhor a micro-combustão e projetar novos micro sistemas com melhor eficiência.Outro aspecto essencial da micro-combustão é a propulsão de micro satélites e micro veículos aéreos para reconhecimento e vigilância, onde é essencial ter eficientes e compactos geradores de energia para propulsão e geração de energia elétrica. Recentemente com os avanços no desenvolvimento da fabricação de sistemas micro eletromecânicos (MEMS), foram realizados progressos para combinar a microeletrônica com a micromecânica em um único chip, permitindo assim uma elevada aplicabilidade destes sistemas em diversas áreas, no entanto, estes dependem de uma energia externa. Nesse contexto surgiu a necessidade de juntar também um micro gerador de energia, eliminando a dependência de energia externa como por exemplo a utilização baterias.Este projeto de pesquisa propõe o estudo numérico em OpenFoam (Open Field Operation and Manipulation) de micro-combustão, no qual se pretendem analisar os modelos matemáticos e desenvolvimento de novos modelos, assim como estudar aspectos geométricos e condições de operação de forma a otimizar o rendimento energético com baixos valores de NOx, com reações homogêneas e heterogêneas. O estudo consiste em analisar detalhadamente e com precisão os problemas tipicamente envolvidos na micro-combustão com ênfase no NOx, como por exemplo a curvatura da chama, congelamento da chama devido à perda de calor pelas paredes da câmara de combustão, originando a extinção da chama, Daou et al. (2001, 2002) e Ju et al. (2006). Pretende-se no final do projeto compreender melhor a física da micro-combustão, como por exemplo, a iteração da chama com a parede onde ocorre um novo regime de chama designado regime da chama fraca, que origina uma grande perda de calor a partir desta, Ju et al. (2002, 2005), Maruta et al. (2005, 2009) e Leach et al. (2005).