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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2017.tde-03082017-100241
Document
Author
Full name
Bruno Hannud
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2017
Supervisor
Committee
Pimenta, Marcos de Mattos (President)
Gallo, Waldyr Luiz Ribeiro
Mady, Carlos Eduardo Keutenedjian
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Oliveira Junior, Silvio de
Title in Portuguese
Modelagem termodinâmica de chamas adiabáticas de pré-mistura de duas fatias: o caso da chama reversível e o da chama de máxima irreversibilidade.
Keywords in Portuguese
Exergia
Termodinâmica (Modelagem)
Abstract in Portuguese
O presente trabalho procura estudar e compreender os processos reativos de chama, tentando identificá-los através de uma abordagem químico termodinâmica, em contraposição às análises clássicas, puramente cinético-químicas. Estas são justificadas por se considerar este tipo de fenômeno como existindo em condições distantes da condição de equilíbrio termodinâmico e não passíveis de análise termodinâmica, coisa que, através desta investigação, pretende-se questionar. Neste estudo, considerou-se a chama como ocorrendo em um escoamento unidimensional ideal, em regime permanente, em fluido perfeito, i.e. não há viscosidade e dividiu-se a chama em fatias, em que a exergia química era transformada em exergia térmica, em se adaptando "o problema do tijolo aquecido" (ou "hot brick problem"). O processo reativo global de chama adiabática foi, por evidência experimental, considerado como sendo bi-variante i.e. completamente determinado com a definição da pressão e da temperatura dos reagentes, conhecidos a priori, em espécie e em quantidade. O teorema de Duhem1 nos garante, portanto, que caso se estabeleça o equilíbrio, este estaria determinado. Aqui se procurou reunir subsídios para sua identificação. Investigaram-se a modelagem de chamas adiabáticas e reversíveis de duas fatias, consideradas como meio efetivo, em se igualando a exergia química à exergia térmica, bem como o que se considerou como sendo chamas adiabáticas de duas fatias de máxima irreversibilidade interna. Para a chama adiabática irreversível obteve-se temperaturas de ignição próximas à temperatura de autoignição para 4 de 6 combustíveis. Por fim, conclui-se que a chama contínua não é o limite da chama irreversível de infinitas fatias. Enquanto que aquela tem irreversibilidade máxima, segundo o modelo apresentado, a irreversibilidade desta é um máximo relativo.
Title in English
Thermodynamic modeling of two sliced adiabaticpremixed flames: the case of reversible flames and of flames with maximal irreversibility.
Keywords in English
Exergy
Flames
Optimization
Abstract in English
The present study attempts at an understanding of the reactive processes within a flame. A chemical thermodynamics approach is employed in juxtaposition to the classical analysis which are purely chemical kinetic. These are justified because this phenomenum is considered to take place far from equilibrium conditions and not subject to thermodynamic analysis. This fact will be questioned in this study. A one-dimensional, ideal and steady flow flame was considered. The reactive process of an adiabatic flame was, by experimental evidence, considered to possess two degrees of freedom, i.e it would be completely determined by defining the reactants' pressure and temperature, whose species and quantities were a priori known. Duhem's theorem2 tells us that if equilibrium is estabilished, it would be fully determined. An adiabatic and reversible two-sliced flame (the effective medium) was determined by equating the chemical exergy of the flame to the physical exergy of the two slices relative to the ignition point. Also, the constrained extremum of the difference between the chemical and physical exergies allowed the relative maximum of an internally irreversible adiabatic flame to be determined. For the irreversible flame, close simulation of the autoignition temperature for 4 of 6 fuels was obtained. Finally, the conclusion that a continuous flame is not the limit of an irreversible flame with infinite slices is demonstrated. Whilst that flame is the flame with maximum irreversibility, this flame has a relative maximum of internal irreversibility.
 
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BrunoHannudCorr17.pdf (1.97 Mbytes)
Publishing Date
2017-08-03
 
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