Simulação numérica de chama laminar axisimétrica de Metano/Ar usando REDIM

Tese submetida como requisito parcial para a obtenção do grau de Doutor em Matemática Aplicada. Orientador: Prof. Dr. Álvaro Luiz De Bortoli. 2010Este trabalho tem por objetivo analisar a aplicaçãoo do Método Reaction Diffusion Manifold (REDIM) na simulação de chamas axisimétricas, difusivas e laminares. Modelos detalhados de cinética química são usualmente computacionalmente proibitivos para a simulação de fluxos reativos complexos e, portanto, modelos reduzidos são necessários. Ferramentas automáticas de redução de modelos normalmente exploram a estrutura multi-escalar natural dos sistemas de combustão. A nova técnica REDIM aplica o conceito de variedades invariantes para tratar, também, a influência dos processos de transporte no modelo reduzido. Assim, ela supera um problema fundamental na redução de modelos em negligenciar o acoplamento do transporte molecular com o processo termodinˆamico. Para o estudo, considera-se como caso teste uma chama de metano/ar (65%CH 4 + 35%N 2 ), difusiva, laminar, axisim ́etrica, a press ̃ao atmosf ́erica para validar a metodologia aqui apresentada. Primeiramente, REDIM uni e bidimensionais s ̃ao computadas e tabuladas em tabelas lookup. Então, o sistema completo de equações governantes é projetado na REDIM e implementado no código Gascoigne através de uma nova biblioteca add- on para tratar as tabelas REDIM. O sistema projetado de equações governantes é discretizado pelo Método de Elementos Finitos (MEF) e resolvido por uma iteração GMRES precondicionada por um m ́etodo multigrid geométrico. Refinamento de malha local, malha adaptativa e paralelismo foram aplicados para garantir eficiência e precisão. Os resultados numéricos obtidos usando a técnica REDIM mostram boa concordˆancia com os dados de simulação numérica detalhada e dados experimentais reportados na literatura