Lagrangian modeling of droplet evaporation

Modelagem lagrangiana de evaporação de gota

dc.contributorVedovoto, João Marcelo
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/5630598971511798
dc.contributorSilveira Neto, Aristeu da
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/4650888739121183
dc.contributorSouza, Francisco José de
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/1257320066520278
dc.contributorAzevedo, João Luiz Filgueiras de
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/2266675048920917
dc.contributorSerfaty, Ricardo
dc.contributorhttp://lattes.cnpq.br/5917199961355543
dc.creatorPinheiro, Abgail Paula
dc.date2018-09-28T14:50:54Z
dc.date2018-09-28T14:50:54Z
dc.date2018-08-10
dc.date.accessioned2023-09-28T20:56:30Z
dc.date.available2023-09-28T20:56:30Z
dc.identifierPINHEIRO, Abgail Paula. Lagrangian modeling of droplet evaporation. 2018. 101 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1180
dc.identifierhttps://repositorio.ufu.br/handle/123456789/22510
dc.identifierhttp://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.1180
dc.identifier.urihttps://repositorioslatinoamericanos.uchile.cl/handle/2250/9061153
dc.descriptionEvaporation of liquid droplets in high temperature gas environment is of great importance in many engineering applications. Accurate droplet evaporation predictions are crucial in modeling spray combustion, since it is considered a rate limiting process. For this reason, the present dissertation aims are, first, to implement and validate Lagrangian droplet evaporation models that are usually used in spray calculations, including equilibrium and non-equilibrium formulations, and, second, to use these models to pursue a deeper insight on the physical phenomena that may be involved in droplet evaporation processes. In order to validate and assess these theoretical model predictions, an in-house code was developed and diameter evolution results from the numerical simulations are compared to experimental data. First, the model performance is evaluated for water in a case of low evaporation rate and, then, it is evaluated for n-heptane in moderate and high evaporation rates using recent experimental data acquired with a new technique. The Abramzon-Sirignano model is the only one which does not overestimate the evaporation rate for any ambient condition tested, when compared with experimental rate. From the results, it is also revealed that, when a correction factor for energy transfer reduction due to evaporation is incorporated in the classical evaporation model, the predictions from this model and the non-equilibrium one cannot be differentiated, even if the initial droplet diameter is small. Furthermore, the incorporation of natural and forced convection effects on the droplet evaporation rate, by using an empirical correlation, is investigated, showing that including the Grashof number into the Ranz-Marshall correlation actually overestimates the evaporation rate for atmospheric pressure. Finally, the effects of ambient conditions on ethanol evaporation are investigated. Under ambient temperatures higher than the threshold temperature, the evaporation rate is enhanced with the increase of ambient pressure, contrary to what happens for cases when the ambient temperature is lower than the threshold temperature.
dc.descriptionDissertação (Mestrado)
dc.descriptionA evaporação de gotas líquidas em ambientes gasosos com alta temperatura é de grande relevância em muitas aplicações de engenharia. Previsões precisas da evaporação de gotas são cruciais na modelagem de sprays reativos, uma vez que este é considerado um processo limitante. Portanto, os objetivos da presente dissertação são, primeiro, implementar e validar modelos lagrangianos de evaporação de gotas que são geralmente utilizados em estudos de spray, incluindo as formulações de equilíbrio e não equilíbrio, e, segundo, usar esses modelos para buscar uma visão mais profunda dos fenômenos físicos que podem estar envolvidos no processo de evaporação de gotas. Para validar e avaliar as previsões destes modelos teóricos, foi desenvolvido um código e a evolução do diâmetro da gota obtida por simulação numérica é comparada com dados experimentais. Primeiro, o desempenho dos modelos é avaliado para água em um caso de baixa taxa de evaporação e, em seguida, para n-heptano com taxa de evaporação moderada e alta usando dados experimentais obtidos recentemente por meio de uma nova técnica. O modelo de Abramzon-Sirignano é o único que não superestima a taxa de evaporação para quaisquer condições ambiente testadas, quando comparada com a taxa experimental. A partir dos resultados, também é revelado que, quando um fator de correção para a redução da transferência de energia devido à evaporação é incorporado ao modelo clássico de evaporação, as previsões deste modelo e do modelo de não equilíbrio não podem ser diferenciadas, mesmo quando o diâmetro inicial da gota é pequeno. Além disso, a incorporação de efeitos de convecção natural e forçada na taxa de evaporação, usando uma correlação empírica, é investigada, mostrando que a inclusão do número de Grashof na correlação de Ranz-Marshall na verdade superestima a taxa de evaporação para pressão atmosférica. Finalmente, os efeitos das condições ambientes na evaporação de etanol são investigados. Sob temperaturas ambientes superiores à temperatura limite, a taxa de evaporação aumenta com o aumento da pressão ambiente, contrariamente ao que acontece nos casos em que a temperatura ambiente é menor que a temperatura limite.
dc.formatapplication/pdf
dc.languageeng
dc.publisherUniversidade Federal de Uberlândia
dc.publisherBrasil
dc.publisherPrograma de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
dc.rightsAcesso Aberto
dc.subjectEngenharia mecânica
dc.subjectEvaporação - Modelos matemáticos
dc.subjectEvaporação de gotas
dc.subjectSpray
dc.subjectSimulação numérica
dc.subjectAbordagem lagrangeana
dc.subjectDroplet evaporation
dc.subjectSpray
dc.subjectNumerical simulation
dc.subjectLagrangian approach
dc.subjectCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE
dc.titleLagrangian modeling of droplet evaporation
dc.titleModelagem lagrangiana de evaporação de gota
dc.typeDissertação


Este ítem pertenece a la siguiente institución