Investigação Numérica da Queima Individual de Gotas em Chamas Turbulentas de Sprays Multicomponentes

• Processo: 25/11337-3
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2025
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2029
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Engenharia Térmica
• Pesquisador responsável: Fernando Luiz Sacomano Filho
• Beneficiário: João Vinícius Hennings de Lara
• Instituição Sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Combustão turbulenta Combustão
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: CFD (Computational Fluid Dynamics) | combustão de gota isolada | combustão turbulenta | evaporação de gota multicomponente | LES (Large Eddy Simulation) | Sprays | Combustão

Resumo

A combustão turbulenta de spray é um processo comumente encontrado em diversas tecnologias que atendem diversos setores econômicos. O aperfeiçoamento de sua modelagem e simulação faz parte do esforço atual para transição energética e descarbonização. Simulações de combustão de sprays diluídos, baseadas na dinâmica dos fluidos computacional, geralmente utilizam modelos de evaporação e condensação (MECs) para as gotas, os quais descrevem uma frente de chama externa às gotas. No entanto, chamas estabilizadas ao redor de gotas individuais também são observadas em experimentos e simulações. Denominadas combustão de gota isolada, essas chamas estão relacionadas ao processo de ignição de sprays e à formação de fuligem. Contudo, a sua modelagem é raramente incluída em simulações computacionais. Este trabalho visa desenvolver modelos de combustão de gota isolada (MCGI) e incluí-los em simulações de chamas turbulentas para investigar a sua influência na combustão de sprays. Esse desenvolvimento inclui a elaboração de MECs. Ambos modelos devem representar efeitos de combustíveis comerciais, os quais são multicomponentes (como a gasolina) e/ou hidrofílicos (como o etanol, o metanol e a amônia). Para tanto, devem ser considerados também fenômenos de transporte no interior da gota e termodinâmica de mistura não ideal. Dessa forma, um segundo objetivo deste trabalho é avaliar os impactos do aumento de capacidade descritiva de MECs e MCGIs na combustão de sprays. A consideração de ambos modos de combustão, de gota isolada e externa, requer o desenvolvimento de um mecanismo de que determine qual cenário considerar em cada gota. Esse trabalho contribuirá para o aperfeiçoamento da capacidade preditiva de simulações de chama turbulenta de sprays multicomponentes.