Simulação numérica da atomização de combustíveis com interesse para grandes motores diesel marítimos

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

As pesquisas relacionadas com os motores Diesel, impulsionadas por questões ambientais e a demanda global por energia, tornam-se cada vez mais importantes. Por esta razão, o rápido desenvolvimento de motores recorrendo a ferramentas numéricas e computacionais é preferível, em vez da tradicional construção de protótipos. Nos motores Diesel modernos, a injecção de combustível e a formação da nuvem de gotas são processos que desafiam os engenheiros, pois influenciam significativamente o desempenho termodinâmico e as emissões de poluentes. O estudo da atomização de combustível pode ser feito experimental ou computacionalmente. Esta dissertação enquadra-se nesta última categoria, recorrendo ao código comercial de Dinâmica dos Fluidos Computacional, ANSYS FLUENT. Inicialmente procedeu-se ao estudo da atomização de combustíveis calculando, com base em relações empíricas da literatura, alguns valores das características das nuvens de gotas para os fuelóleos leve, intermédio e pesado, o que permitiu uma primeira abordagem aos resultados esperados no decorrer da dissertação. Antes de passar ao modelo numérico, efectuou-se uma malha estruturada bidimensional com elementos quadriláteros, e procedeu-se ao estudo de independência desta. Depois simulou-se a atomização do Diesel de modo a obter a validação do modelo numérico. A validação foi feita com resultados experimentais presentes na literatura e os resultados das simulações apresentam uma precisão consistente com estes, uma vez que foi observado um desvio inferior a 5% para o ângulo da nuvem de gotas, bem como para o SMD. Concluída a validação iniciou-se o estudo da atomização dos fuelóleos. Em comparação com o Diesel, os valores de SMD para os fuelóleos foram sempre entre 40 a 50 μm superiores. Mesmo com o aumento da temperatura de injecção dos fuelóleos, as diferenças mantiveram-se significativas em relação ao Diesel, apresentando valores cerca de 30 μm superiores. No entanto, com este aumento de temperatura, apesar das diferenças nas características iniciais dos fuelóleos, todos convergem para valores muito semelhantes de SMD, com diferenças inferiores a 10 μm entre os fuelóleos.