Estudo experimental de chamas difusivas livres turbulentas de gás natural submetidas a oscilações acústicas

Abstract

O processo de queima que se utiliza um campo acústico (combustão pulsante) para obter oscilação acústica, apresenta algumas vantagens já estabelecidas na literatura, tendo-se por referência o processo de queima convencional, podendo ser o campo acústico induzido por atuadores externos ou não. Exemplos destas vantagens incluem a minimização da emissão de poluentes e dos custos de investimento/operação, incluindo a redução de consumo de combustíveis e a maximização das taxas de transferência convectiva de calor. Entretanto, para sua aplicação prática, torna-se necessário o estudo dos fenômenos que envolvem o processo de combustão, ainda não devidamente equacionados. Desta forma, o objetivo principal deste trabalho é realizar uma criteriosa investigação experimental sobre como os diversos parâmetros que controlam ou descrevem a situação de queima em uma chama difusiva livre turbulenta de gás natural se comportam com a presença de um campo acústico. Para tal foi adaptada uma instalação (queimador de Delft), disponível no Laboratório Associado de Combustão e Propulsão do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, com um sistema de atuação acústica. Tal sistema operacional possui chama turbulenta difusiva de gás natural, tipo jato, tendo sido escolhido, devido à sua geometria de chama ser mais simples e por apresentar na literatura um banco de dados já disponível, no que se refere aos processos físicos e químicos que ali se desenvolvem na situação sem atuação acústica, o que possibilita uma melhor compreensão da influência acústica sobre tais processos.

A burning process using an acoustic field to obtain pulse combustion presents potential advantages over the conventional combustion process. The acoustic field can be introduced by external actuators or not. Examples of these advantages include minimization of pollutants emission rates as well as of investment and operation cost reductions and maximization of convective heat transfer rates. However, for practical applications of pulse combustion it is necessary to further study the phenomena involved in this process, which are still not properly known yet. The main objective of this work is to conduct a though experimental investigation on the parameters that control and describe combustion in a free turbulent diffusion flame of natural gas under an acoustic field. An existing Delft burner was adapted for the study. This system was chosen because, besides its simplicity, there is also an extensive data set in the literature, describing the physical and chemical processes that occur under conventional combustion operation, allowing a better understanding of the influence of the acoustic field.