Dissertação

{pt_PT=Electrical Power Generation Using Thermoelectric Technology: A Detailed Study of Flame-Wall Interactions} {} EVALUATED

{pt=Neste trabalho realizou-se uma análise sobre conversão direta de calor em energia elétrica recorrendo a dispositivos termoelétricos, utilizando como fonte de energia uma chama de pré-mistura de metano e ar. Analisou-se também o impacto das interações chama-parede na potência útil gerada. Para perceber melhor estes fenómenos, procedeu-se à derivação de um modelo matemático baseado em três abordagens distintas. Este modelo relaciona os princípios fundamentais da teoria de termoelétricos e os principais mecanismos que regem as interações chama-parede. Para complementar e validar o modelo, foi realizada uma análise experimental. Investigou-se a sensibilidade do sistema a variações da razão de equivalência (phi), número de Reynolds (Re) e caudal de água de arrefecimento (Vw). Testaram-se paredes de aço inoxidável e alumínio, a última originando potências superiores devido à maior condutividade térmica. A validade do modelo foi avaliada utilizando um gráfico de dispersão, sendo que este demonstrou uma boa correlação com os valores experimentais. Visou-se obter uma relação entre a potência P e a distância de quenching dq. Obteve-se uma expressão qualitativa da forma P ~ 1/dq, demonstrando uma dependência hiperbólica entre os fenómenos. Para validar esta expressão, todos os dados foram introduzidos num gráfico P = f(dq) e uma linha de tendência do tipo potência foi ajustada aos pontos. A equação obtida demonstrou uma concordância satisfatória relativamente à expressão hiperbólica. Estes resultados permitem concluir que para maximizar a potência gerada pelo sistema, a distância de quenching deve ser minimizada., en=In the present work, a detailed analysis is conducted on direct heat-to-electrical power generation resorting to thermoelectric technology, using a methane-air flame as the heat source, and the impact of flame-wall interactions (FWI) on the net power generation is assessed. To better understand these phenomena, a mathematical model based on three distinct methods was derived, relating the fundamentals of thermoelectric technology and the main mechanisms of FWI. An experimental analysis was conducted to validate and complement the model. Studies were carried out on the system's sensitivity to parametrical variations of equivalence ratio (phi), Reynolds number (Re) and cooling water flow rate(Vw). The results suggested that the net power generated is strongly influenced by phi and moderately by Re, while practically independent of Vw. Stainless steel and aluminium walls were tested, the latter producing slightly more power than the former, due to the higher thermal conductivity. The model validity was assessed using the scatter plot method, demonstrating satisfactory agreement with the experimental data. A relation between electrical power generated P and quenching distance dq was sought. A qualitative expression of the form P ~ 1/dq was derived showing an hyperbolic dependence. To validate this expression, all the electrical power results were plotted against the quenching distance and a power-type trendline was fitted to the data. The fitting equations obtained demonstrated satisfactory agreement with the hyperbolic expression. These results allow to conclude that to maximize the power generated, efforts must be made to minimize the quenching distance.}
{pt=Termoelétrico, Interações Chama-Parede, Modelo Matemático, Distância de Quenching, Potência Elétrica, en=Thermoelectric, Flame-Wall Interaction, Mathematical Model, Quenching Distance, Electrical Power}

Novembro 15, 2018, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

Edgar Caetano Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar

ORIENTADOR

Sandra Isabel Godinho Dias

Centro de Estudos em Inovação, Tecnologia e Políticas de Desenvolvimento (IN)

Especialista