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Tipo: Trabalho de Conclusão de Curso
Título: Modelação matemática aplicada a processos de combustão: avanços na teoria de modelação da combustão
Autor(es): Timbe, Gerson João Timbe
Primeiro Orientador: Alves, Manuel Joaquim
Segundo Orientador: Alves, Elena Vladmirovna Molchanova
Resumo: A teoria de modelação da combustão é uma área da ciência que se concentra em desenvolver mode- los matemáticos e computacionais para descrever e prever os processos de combustão, que ocorrem quando um combustı́vel reage com um oxidante, geralmente o oxigénio do ar. Neste trabalho dis- cutimos os conceitos fundamentais para a descrição do fenómeno da combustão, nomeadamente os combustı́veis, as equações de conservação de massa, energia e a cinética quı́mica. Os concei- tos termodinámicos, modelos cinéticos e os da mecânica dos fluidos são aplicados na modelação da combustão ideal em uma câmara de combustão de um motor a jacto. Resolvido o modelo, mostramos as variações da temperatura no combustor causadas pela injeção dos gases quentes na câmara e pela combustão. Também ilustramos, resolvendo o modelo, o consumo da mistura ar-combustı́vel pela combustão. Equações diferencias que descrevem o fenómeno da combustão, como a equação de conservação de energia e a conservação de espécies quı́micas desempenham um papel fundamental para o modelo, são abordadas e resolvidas numericamente. O método de diferenças finitas centrado no tempo e no espaço (Crank-Nicolson) é o principal método numérico usado para a resolução das equações do modelo. As simulações numéricas são realizadas usando a linguagem de programação python. A teoria de modelação de combustão visa melhorar nosso entendimento dos processos de com- bustão, optimizar o uso de combustı́veis, reduzir as emissões poluentes e promover práticas mais seguras e eficientes em uma ampla gama de aplicações industriais e ambientais.
Abstract: Combustion modeling theory is an area of science that focuses on developing mathematical and computational models to describe and predict combustion processes, which occur when a fuel reacts with an oxidant, usually oxygen in the air. In this paper we discuss the fundamental concepts for the description of the combustion phenomenon, namely fuels, mass and energy conservation equations and chemical kinetics. Thermodynamic concepts, kinetic models and fluid mechanics models are applied to model an ideal combustion process in a combustion chamber of a jet engine. Once the model has been solved, we show the temperature variations in the combustor caused by the injection of hot gases into the chamber and by combustion. We also illustrate, by solving the model, the consumption of the air-fuel mixture by combustion. Finite differences method centered in time and space (Crank-Nicolson) is the principal method used to solve the equations of the model. The Numerical simulations were performed using python programming language. Combustion modeling theory aims to improve our understanding of the combustion process, to optimize the use of fuels, reduce pollutants emissions and so promote safe and efficient practices in many industrial applications.
Palavras-chave: Combustão
Cinética quı́mica
Métodos numéricos
Simulação computacional
CNPq: Ciências Exatas e da Terra
Matemática
Idioma: por
País: Moçambique
Editor: Universidade Eduardo Mondlane
Sigla da Instituição: UEM
metadata.dc.publisher.department: Departamento de Matemática e Informática
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://monografias.uem.mz/handle/123456789/4922
Data do documento: 12-Mar-2025
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