Desenvolvimento de mecanismos cinéticos químicos reduzidos para diferentes misturas de gasolina e etanol

Autor: Filipe Silva Cota
Přispěvatelé: Ramon Molina Valle, Gustavo de Queiroz Hindi, Fabricio Jose Pacheco Pujatti, Jose Guilherme Coelho Baeta
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2018
Předmět:
Zdroj: Repositório Institucional da UFMG
Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG)
instacron:UFMG
Popis: O aumento da demanda energética mundial bem como da pressão imposta por regulamentações cada vez mais restritivas quanto à emissão de gases poluentes e do efeito estufa, suscitam a necessidade do uso de combustíveis de origem renovável, alternativos à gasolina e ao diesel que têm suas reservas cada vez mais reduzidas. O uso do etanol como combustível puro ou como aditivo para a gasolina é uma abordagem que visa reduzir a dependência dos combustíveis fósseis e diminuir a emissão de gases do efeito estufa; Como consequência, é fundamental o desenvolvimento de estudos que busquem adquirir conhecimentos sobre o comportamento físico-químico das misturas gasolina-etanol em suas mais diferentes proporções. Para tal, são necessários mecanismos cinéticos químicos capazes de caracterizar estes combustíveis de maneira satisfatória. Esses mecanismos podem conter centenas ou milhares de espécies e reações químicas elementares, o que torna seu uso impraticável em simulações de combustão para geometrias complexas, como um motor de combustão interna. Essa situação é ainda mais onerosa e difícil quando se trabalha com misturas de combustíveis, como a gasolina brasileira tipo C, que contém 27% de etanol em volume. Considerando o exposto e a necessidade de simulações numéricas para prever o comportamento de motores de combustão interna operando com diferentes misturas de gasolina e etanol, este estudo tem por objetivo a criação e validação de mecanismos cinéticos químicos reduzidos capazes de representar o comportamento da combustão de gasolina e etanol e suas misturas. Para tal, o método Directed relation graph com propagação de erros, associado à análise de sensibilidade e agrupamento de isômeros (DRGEP-AS-AI) é proposto como ferramenta para a redução sistemática de mecanismos cinéticos detalhados. Como parâmetro de validação, dados do tempo de atraso da ignição e velocidade de chama laminar obtidos experimentalmente são confrontados com os obtidos através de simulações numéricas. Ao final do estudo, três mecanismos reduzidos foram obtidos, sendo o primeiro composto por 239 espécies, o segundo por 115 espécies e o último por 75. Boa concordância entre os dados experimentais e numéricos foi alcançada para os mecanismos, percebendo-se diferenças na precisão dos mesmos de acordo com as condições e composições de combustível utilizadas The increase in the energy demand worldwide and the creation of very restrictive regulations to the greenhouse gases emission, raise the need of using renewable fuels, alternatives to gasoline and diesel, which are getting scarce. The use of ethanol as a pure fuel or as an additive to gasoline is an approach on the reduction of fossil fuel dependence and on the reduction of the pollutant gases emission; As a consequence, it is fundamental the development of researches aiming to acquire knowledge on the physical and chemical behavior of gasoline-ethanol blends, on different proportions. For this, chemical kinetic mechanisms capable to characterize those fuels with satisfactory accuracy are needed. However, those mechanisms may have hundreds or thousands of species and elementary chemical reactions, which makes its use on combustion simulations using complex geometries such as internal combustion engines impractical. The situation is even more onerous when working with mixtures of fuels, like the Brazilian gasoline type C, that has 27% of ethanol by volume. Considering the above exposed and the need of numerical simulations to predict the behavior of internal combustion engines working with different proportions of gasolineethanol mixtures, this work aimed to create and validate reduced chemical kinetic mechanisms capable of representing the course of gasoline-ethanol blends combustion. To achieve that, the method of directed relation graph with error propagation associated with sensitivity analyses and isomer lumping was proposed as a systematic tool for the detailed mechanisms reduction. Experimental data of ignition delay time and laminar flame speed were used as validation parameters. At the end of the study, three reduced mechanisms were developed, the first one with 239 chemical species, the second with 115 and the third with 75 species. Good agreement between the experimental and numerical data was reached for both mechanisms, perceiving differences in their accuracy according to the conditions and fuels compositions evaluated
Databáze: OpenAIRE
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