Numerical solution for the droplet combustion

Abstract

No presente trabalho, a vaporização e a combustão de uma gota de combustível isolada a diferentes temperaturas ambiente são examinadas numericamente para analisar o efeito da força de flutuação na chama. Geralmente, as gotículas de combustível em dispositivos de combustão são tão pequenas que a influência da força de flutuação na vaporização e na combustão de gotículas é insignificante. Por outro lado, as gotículas de combustível em dispositivos experimentais são afetadas pela força de flutuabilidade devido ao seu diâmetro em torno de ou mais de 1 mm. Para reduzir os efeitos de flutuabilidade, estudos experimentais caros são realizados em ambiente de microgravidade (drop-tower ou fora do espaço). Em condições de gravidade normal, a força de flutuação é induzida por gradiente de temperatura na atmosfera ambiente. A flutuabilidade é positiva em regiões de gases quentes e negativas em regiões de gases frios em comparação com o gás atmosférico ambiente. Os gases quentes movem-se para cima e os gases frios para baixo. Jogando com a força de flutuação positiva dos gases quentes ao redor da chama e com a força de flutuação negativa (fria) dos gases frios ao redor da gota através da temperatura da atmosfera ambiente, é possível modificar a forma da chama. Nas simulações numéricas, as equações de Navier-Stokes incompressíveis juntamente com a fração de mistura e as equações de conservação de entalpia em excesso são resolvidas usando uma técnica de volume finito com uma grade estruturada uniforme. Foi aplicado um método de compressibilidade artificial para alcançar soluções de estado estacionário. As previsões numéricas foram comparadas com resultados analíticos para uma condição de gravidade zero, mostrando boa concordância. Para a condição de gravidade normal, os resultados numéricos mostraram que, quando a temperatura ambiente aumenta, o gradiente de velocidade e o termo da fonte de flutuação diminuem. Apesar disso, a chama aumentou em todas as direções. Os resultados também mostraram que aumentar a temperatura ambiente, diminui o gradiente de temperatura na chama, o que acaba afetando a posição da chama.