Dissertação

{pt_PT=Study of a non-intrusive technique, based on CCD cameras, to estimate the fuel/air ratio in flames} {} EVALUATED

{pt=Uma das importantes condições de queima é a razão de equivalência ϕ, influenciando as propriedades químicas e físicas da chama. Este parâmetro deve ser monitorizado, optimizando assim as aplicações de combustão, por exemplo na melhoria de eficiência ou nas restrições das emissões de poluentes. Atualmente existem diversas técnicas para estimar o ϕ, como processos baseados em aplicações de laser, embora estas aplicações têm elevados custos e de difícil implementação em condições adversas. Alguns estudos desenvolveram técnicas não intrusivas baseadas em câmeras CCD, apresentando baixos custos e de fácil implementação comparado com as aplicações laser. Neste trabalho estudam-se essas técnicas, desenvolvendo um modelo teórico e avaliando os principais parâmetros do sistema câmera/lentes. Um conceito de algoritmo para estimar a razão de equivalência também foi desenvolvido e analisado. Estas análises foram feitas em chamas de metano, laminares, estáveis de pré-mistura e de difusão inversa, produzidas num queimador de lamela. Para além disso, o algoritmo também foi testado em chamas de metano de pré-misturas num queimador Bunsen. Observou-se que o algoritmo está limitado aos regimes rico-estequiométricos, obtendo-se fracas predições de ϕ no regime pobre-estequiométrico. Selecionou-se um conjunto preferível de combinações de sinal de respostas dos sensores, utilizando-o em estimativas de ϕ em diversas situações. Para além disso, o algoritmo numérico e a base de dados gerada no presente trabalho mostraram boas estimativas tanto para diferentes queimadores como para diversos tipos de chamas., en=One of the most important burning conditions is the fuel/air ratio ϕ which influences the chemical and physical properties of the flame. Therefore this parameter must be monitored in order to optimize combustion applications, for example through the efficiency enhancement and pollutant emissions restriction. Nowadays there exist several techniques to measure ϕ, laser-based applications are the most commonly used, despite these types of applications being highly expensive and their implementation difficult in particularly harsh conditions. Some studies have developed non-intrusive techniques based on CCD cameras, presented as a non expensive and easily implemented technique. The present work will study these types of techniques, developing a theoretical model, evaluating camera/lens parameters. An algorithm concept to estimate ϕ was also developed and analyzed. These analysis were made in laminar, steady premixed and inverse diffusion methane flames in a multi-slit burner. Besides the numerical algorithm was tested in premixed methane flames in a Bunsen burner. It was shown that the computational algorithm is limited to rich regimes, with poor prediction on the lean-stoichiometric conditions. A set of preferable signal-based responses were selected and utilized to estimate ϕ in different situations. Besides it was shown that numerical algorithm and the database generated in the present work have adequately sensed ϕ for different burner geometries and flame types.}
{pt=Sensores de razão de equivalência, Câmeras CCD, Quimiluminescência da chama, Imagens RGB, Modelagem de câmeras CCD, Chamas de pré-mistura e de difusão, en=equivalence ratio sensor, CCD camera, flame chemiluminescence, RGB images, CCD camera modeling, premixed and diffusion flames}

Junho 27, 2019, 11:0

Orientação

ORIENTADOR

João Miguel Pires

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

Especialista

ORIENTADOR

Edgar Caetano Fernandes

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar