Dispersion de mode de polarisation (PMD, Polarization Mode Dispersion)

Na Figura 5.6 é mostrada a variação do ângulo de inclinação da chama em função da velocidade do vento, para as medições experimentais e simulação, para ambos os combustíveis, diesel e biodiesel. O aumento dos valores, observado na figura, significa que a chama e, consequentemente, a pluma se inclinam em direção ao plano horizontal, ou em direção ao solo, com o aumento da velocidade do vento.

Os valores do ângulo obtidos na análise numérica se mostraram maiores do que aqueles encontrados na análise experimental. Uma parte deste comportamento pode ser atribuído à construção do vento, uma vez que as simulações numéricas foram feitas com um perfil de velocidades constante na entrada do domínio no FDS, e no caso dos ensaios experimentais o valor médio das medições foi determinado com base na velocidade média do túnel. É importante salientar que a medição das velocidades médias do túnel mostrou que não existem significativas variações na velocidade, contudo, como o escoamento é turbulento, certamente existem flutuações, porém não foi possível a determinação destas flutuações com a instrumentação utilizada. Assim como foi visto que o escoamento do ar no túnel é em regime turbulento, as flutuações possivelmente contribuem para a diferenciação do ângulo entre os ensaios experimentais e numéricos. No caso dos ensaios numéricos, há variações do ângulo impostas pelas flutuações da própria combustão, mas, em geral, são menores do que aquelas que ocorrem na situação experimental, o que pode sinalizar uma debilidade do modelo de combustão aplicado ao FDS, onde foi utilizada a mistura de gases simples para o balanço químico.

Os valores experimentais encontrados neste estudo são similares aos encontrados na literatura, e. g., Lam e Weckman (2015a), Lautkatis (1992), Hu et al. (2013), Tang et al. (2015), Chen, Song e Lv (2012) e Hu et al. (2016). Estes autores conduziram experimentos com diversos tamanhos de poças e variados tipos de combustíveis e seus resultados experimentais concordam com os valores dos ensaios apresentados no presente trabalho. É possível observar que a curva para o biodiesel se comportou de forma mais próxima aos trabalhos dos autores mencionados anteriormente do que o diesel. A curva do diesel apresentou um declínio a partir do teste com velocidade de 1,5 m s-1 _{sendo que o ângulo}

voltou a crescer a partir da velocidade de 3 m s-1_{. Uma possibilidade para tal comportamento}

pode estar associada ao aumento da temperatura da combustão, que provocou um aquecimento do ar circundante, fazendo com que a chama fosse novamente empurrada para cima devido às correntes ascendentes de ar quente.

Este último fenômeno mencionado não é observado nos trabalhos de Lam e Weckman (2015a), Hu et al. (2013), Tang et al. (2015), Chen, Song e Lv (2012) e Hu et al. (2016) já que em geral a superfície da poça em teste se encontrava alinhada ao solo. Já no caso de Lautkatis (1992), que observou o incêndio em grandes proporções de um tanque real, algo semelhante ocorreu.

Por fim, nos resultados das simulações, provavelmente um aumento de complexidade dos modelos e das malhas poderia levar a resultados melhores, entretanto para tal teríamos uma exigência computacional indisponível para o presente trabalho.

Figura 5.6 – Variação do ângulo de inclinação da chama experimental e simulação versus velocidade do vento

Ainda na Figura 5.6 pode ser observado que, na situação com escoamento nulo, o valor obtido para o ângulo na simulação é mais próximo de zero. Apesar desta diferença com o resultado experimental, este resultado se aproxima mais da literatura e também das correlações semi-empíricas que mostram que, em uma condição sem o vento incidente sobre a poça, o valor do ângulo deve ser zero. Outro dado interessante apresentado é a pequena diferença dos resultados das simulações entre os dois combustíveis que foi de aproximadamente 1,5% sobre o menor valor, obtido para o biodiesel. A diferença entre os dados experimentais e numéricos ficou em aproximadamente 18% sobre o menor valor, ou seja, o resultado de 2,5 m s-1 _{para os casos acima de 2,0 m s}-1_{, para o diesel e biodiesel, e em}

Na Figura 5.7 são mostradas as variações do ângulo de inclinação da chama para a poça de diesel nos experimentos e correlações semi-empíricas em função da velocidade do vento.

Os resultados experimentais apresentam melhor concordância com a correlação da Eq. (2.8) para velocidades de até 1,5 m s-1_{. Já para as velocidades entre 2,0 a 4,0 m s}-1 _{as Eq.}

(2.5), (2.6) e (2.7) se mostraram muito próximas dos valores encontrados experimentalmente. As correlações apresentam uma curva ascendente em relação ao crescimento do ângulo de inclinação, pois dependem basicamente da taxa de queima mássica.

Mesmo com parâmetros experimentais bem diferentes entre si, variando dimensões de poças, faixas de velocidades de teste e combustíveis, é possível perceber que o perfil de inclinação das curvas se mantém semelhante para todas as correlações semi-empíricas.

Na Figura 5.7(b) é possível verificar que as curvas das correlações das Eq. (2.5), (2.6) e (2.7) ficaram com uma aproximação muito boa aos valores experimentais encontrados para o biodiesel. A Eq. (2.8), para os valores de até 1,5 m s-1_{, com diesel, mostrou diferenças}

abaixo de 5,0%. A Eq. (2.7), nos valores entre 2,5 e 4 m s-1_{, demostra valores extremamente}

próximos dos valores experimentais tanto para o diesel quanto para o biodiesel. Esta equação foi ensaiada com diesel e gasolina como combustível em velocidades entre 0 e 2,3 m s-1_{. Isto}

mostra que os valores são coerentes com valores empíricos observados por outros estudos e denota que o combustível tem mais influência nos fatores das correlações semi-empíricas do que propriamente o valor das velocidades do vento sobre a poça.

(a) (b)

Figura 5.7 – Variação do ângulo de inclinação da chama: (a) correlações semi-empíricas e diesel experimental versus a velocidade do vento e (b) correlações semi-empíricas e biodiesel

Também é possível verificar que o diâmetro da poça não tem uma influência direta nos valores, uma vez que foram utilizados diâmetros entre 1,5 e 6 m na determinação da correlação da Eq. (2.7), entre 14 e 55 vezes maior do que o tanque utilizado neste trabalho, mas mesmo assim a diferença ficou com valores abaixo de 5,8 e 6,2% sobre o menor valor, para o diesel e biodiesel, respectivamente.

O mesmo ocorre com Lam e Weckman (2015a), Hu et al. (2013) e Lautkatis (1992) que se utilizam de comparações com as mais diversas correlações, de variados modelos e autores, onde a predição dos valores tem boa concordância entre experimentos e correlações dependendo do caso aplicado; combustível, diâmetro da poça e velocidades do vento.

Os resultados experimentais apresentaram melhor concordância com as correlações para velocidades maiores. Aqui, vale relembrar que a influência dos combustíveis está apresentada na parcela de ṁ" que é utilizada nos cálculos das correlações.

Nas Figuras D1 e D2 do apêndice D estão apresentadas, para o diesel e para o biodiesel, as curvas do ângulo de inclinação da chama obtidas com as correlações semi- empíricas para todas as velocidades ensaiadas.