Dissertação

{en_GB=Micro Combustion Chambers for UAV propulsion } {} EVALUATED

{pt=Os recentes desenvolvimentos no campo das micro-tecnologias levaram a um aumento do interesse pela miniaturização de sistemas. O principal objectivo desta tese é estudar a forma de como um parâmetro geométrico e dois parâmetros térmicos afectam a estrutura de chama. Foi efectuado o estudo numérico 2D de uma chama de pré-mistura, laminar (0.5m/s), pobre (phi=0.9) de CH4-ar num micro-canal no software COMSOL Multiphysics. Os efeitos da altura do canal (0.4, 0.6 e 1mm), da condutividade térmica da parede (adiabática, 2, 10 e 50 W/(mK)) e de uma perda de carga pela parede do canal (5 e 20 W) são avaliados. Várias quantidades são analisadas: temperatura, velocidade, fracção mássica de metano e rácio de reação. Uma diminuição da altura do canal entre o caso base (1mm) e o caso critico (0.4mm) induz uma redução nos valores de temperatura e velocidade de 36% e 45% respectivamente, levando a valores inferiores de conversão de metano ao longo do canal. É observada uma variação na forma de chama com o aumento dos valores de condutividade térmica, sendo que três tipos de forma de chama são identificados: côncava, plana e convexa. Para além disso, é possível observar que os valores mínimos de condutividade térmica levam a picos de temperatura localizados. Face aos valores base obtidos é observada uma diminuição de 45% e 27% nos valores da velocidade e temperatura respectivamente, para o caso de uma perda de carga na parede do canal de 20W, traduzindo-se numa conversão máxima de metano de 52%., en=Recent developments in the fields of micro-technologies increased the interest on system miniaturisation. The main objective of this thesis is to study how a geometric parameter and two thermal parameters affect flame structure. A numerical study of a 2D laminar (0.5m/s), lean (phi=0.9), CH4–air premixed flame in a micro-channel is performed in the commercial software COMSOL Multiphysics. The effect of channel's height (0.4, 0.6 and 1mm), solid wall thermal conductivity (adiabatic, 2, 10 and 50 W/(mK)) and a distributed power loss in the wall (5 and 20W) are evaluated. Several quantities are analysed: temperature, velocity, methane mass fraction and reaction rate. A decrease in the channel's height from the baseline case (1mm) to the critical case (0.4mm) induces a reduction of temperature and velocity of 36% and 45% respectively, which leads to lower values of methane conversion across the channel. A change in flame shape is observed with the increase of thermal conductivity, being that three types of flame shapes can be distinguished: concave, flat and convex. Besides this, it is possible to observe that the lowest thermal conductivity leads to localized temperature peaks. Imposing a distributed power loss of 20W in the wall of the channel, it is observed a decrease of 45% and 27% in velocity and temperature respectively, when compared to the baseline case, translating into a maximum methane conversion of 52%.}
{pt=Micro-combustão, chamas de pré-mistura, análise numérica, mecânica dos fluidos, metano, en=Micro-combustion, premixed flames, numeric analysis, fluid mechanics, methane}

Junho 20, 2018, 14:0

Orientação

ORIENTADOR

Edgar Caetano Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar