Dış ticaret hadleri

O processo de atomiza¸c˜ao ou forma¸c˜ao de gotas em um spray depende de fatores geom´etricos do atomizador, das propriedades do l´ıquido a ser atomizado e do escoamento ambiente em que o spray est´a imerso. Lin e Reitz [4] apresentam uma revis˜ao sobre os principais processos de forma¸c˜ao de gotas a partir de um jato de l´ıquido e associam determinadas caracter´ısticas do spray `a intera¸c˜ao dos mecanismos f´ısicos nesses processos. Em linhas gerais, o processo de atomiza¸c˜ao de um l´ıquido produz uma fase discreta (gotas) no escoamento gasoso e, de acordo com Jenny et al. [5], esse processo ´e ilustrado na figura 2.1 e apresenta trˆes regimes de forma¸c˜ao de gotas: denso, dilu´ıdo e muito dilu´ıdo.

No regime denso, a inje¸c˜ao de um jato l´ıquido em um ambiente gasoso pro- duz instabilidades de Kelvin-Helmholtz na regi˜ao de interface entre as duas fases. Essas instabilidades na dire¸c˜ao axial evoluem e formam instabilidades no plano transversal do escoamento, conhecidas por instabilidades de Rayleigh-Taylor. As instabilidades transver- sais s˜ao respons´aveis por produzir gotas n˜ao esf´ericas com grandes diˆametros e filamentos alongados de l´ıquido (ligamentos). O processo de forma¸c˜ao das gotas n˜ao esf´ericas e dos ligamentos ´e denominado atomiza¸c˜ao ou nebuliza¸c˜ao prim´aria. A atomiza¸c˜ao ou nebu- liza¸c˜ao secund´aria ocorre quando as gotas grandes e os ligamentos s˜ao quebrados, produ- zindo gotas esf´ericas com menores diˆametros. Nos processos de nebuliza¸c˜ao prim´aria e secund´aria, a colis˜ao e a coalescˆencia entre duas ou mais gotas dominam a dinˆamica da fase discreta.

Nebulização. primária

Nebulização. secundária

Regime.denso Regime.diluido Regime.muito.diluido

Figura 2.1 – Regimes do processo de forma¸c˜ao de gotas em um spray. Adaptado de Jenny et al. [5].

O regime dilu´ıdo ´e caracterizado pela ausˆencia de processos adicionais de ato- miza¸c˜ao. Nesse regime as intera¸c˜oes entre duas gotas podem ser negligenciadas devido `a maior distˆancia entre elas, por´em os efeitos de modula¸c˜ao turbulenta ou transferˆencia de energia turbulenta entre as gotas e a fase gasosa s˜ao significativos. J´a no regime muito dilu´ıdo, a transferˆencia de energia turbulenta pode ser negligenciada, de forma que as gotas se tornam tra¸cadores do escoamento.

Os regimes denso, dilu´ıdo e muito dilu´ıdo apresentam diferentes quantidade de gotas em um determinado volume (densidade do spray) e, devido `a intera¸c˜ao entre as gotas nesses regimes, essa densidade modifica diretamente os processos de evapora¸c˜ao e mistura do combust´ıvel com o escoamento de ar. Chiu e Liu [6] e Chiu et al. [7] desenvolveram modelos para representar os modos de combust˜ao de gotas esf´ericas em fun¸c˜ao da densidade do spray. Esses modelos consideram uma nuvem de gotas circundada por uma chama difusiva, em que todo o combust´ıvel ´e provido pelas gotas e todo o ar para rea¸c˜ao ´e fornecido de fora dessa nuvem. Os modos de combust˜ao de gotas s˜ao apresentados na figura 2.2 em fun¸c˜ao do n´umero de grupo (G) (equa¸c˜ao 2.1). o n´umero de grupo G ´e fun¸c˜ao do n´umero de Lewis (Le), do n´umero de Sherwood (Sh), do n´umero de gotas (nd),

Combustão+ de+folha+ externa Combustão+de+gotas+ individuais Transição Com bust ão+in tern a+ de+g rupo Com bustão + exte rna+d e+gru po Chama Produtos Oxidante Oxidante Produtos Oxidante Produtos Chama Chama Oxidante Produtos Produtos Vaporização+de+gota Produtos Oxidante Camada+de+vaporização Gotas+inertes

N

ú

m

e

ro

+d

e

+g

o

tas

Separação+entre+gotas

Figura 2.2 – Modos de combust˜ao das gotas em um spray: combust˜ao de gotas indivi- duais, combust˜ao interna e externa de um grupo de gotas e combust˜ao de folha externa. Adaptado de Chiu et al. [7].

Quatro modos de combust˜ao de gotas s˜ao identificados na figura 2.2: combust˜ao de gotas individuais, combust˜ao interna de grupos, combust˜ao externa de grupos e com- bust˜ao de folha externa. O modo de combust˜ao de gotas individuais (G ⌧ 10−2_{) ´e}

identificado pela forma¸c˜ao de uma chama ao redor de uma ´unica gota, em que essa chama consome todo o combust´ıvel evaporado por esta ´unica gota.

No modo de combust˜ao interna de grupos de gotas (10−2 _{≤G ≤ 10}−1_{), uma folha}

de chama se desenvolve no centro da nuvem e envolve um pequeno grupo de gotas. Essas gotas envolvidas pela folha contribuem de forma conjunta para o processo de evapora¸c˜ao e sustenta¸c˜ao da chama. J´a o modo de combust˜ao externa de grupos de gotas (10−1 _≤

G ≤ 102_{) ocorre quando todas as gotas da nuvem est˜ao contribuindo de forma conjunta}

para a forma¸c˜ao da folha de chama.

Para densidades de spray elevadas, a folha de chama pode ser formada a uma distˆancia suficientemente grande do centro da nuvem, limitando sua intera¸c˜ao `a gotas mais externas da nuvem. Dessa forma, a temperatura diminui no centro da nuvem e as gotas nessa regi˜ao deixam de participar do processo de evapora¸c˜ao. Esse modo ´e denominado combust˜ao de folha externa (G ≥ 102_{) e, dependendo da distˆancia entre essa folha de}

chama e o centro da nuvem, instabilidades no processo de combust˜ao devido `a diminui¸c˜ao da quantidade de combust´ıvel evaporado podem levar `a extin¸c˜ao da chama.

Neste trabalho, a identifica¸c˜ao do modo de combust˜ao das gotas foi realizado ape- nas de forma qualitativa com base na densidade e comportamento dos sprays analisados, pois o c´alculo do n´umero de grupo (equa¸c˜ao 2.1) ficou prejudicado devido `a dificuldade de se estimar o valor da distˆancia m´edia entre gotas (ld).

2.2

Caracteriza¸c˜ao de chamas em escoamentos

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