Inversão de funções do plano no plano aplicada ao cálculo de azeótropos

Azeotropia é um fenômeno termodinâmico onde um líquido em ebulição produz um vapor com composição idêntica. Esta situação é um desafio para a Engenharia de Separação, já que os processos de destilação exploram as diferenças entre as volatilidades relativas e, portanto, um azeótropo pode ser uma barreira para a separação. Em misturas binárias, o cálculo da azeotropia é caracterizado por um sistema não-linear do tipo 2 × 2. Um interessante e raro caso é o denominado azeotropia dupla, que pode ser verificado quando este sistema não-linear tem duas soluções, correspondendo a dois azeótropos distintos. Diferentes métodos tem sido utilizados na resolução de problemas desta natureza, como métodos estocásticos de otimização e as técnicas intervalares (do tipo Newton intervalar/bisseção generalizada). Nesta tese apresentamos a formulação do problema de azeotropia dupla e uma nova e robusta abordagem para a resolução dos sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, que é a inversão de funções do plano no plano (MALTA; SALDANHA; TOMEI, 1996). No método proposto, as soluções são obtidas através de um conjunto de ações: obtenção de curvas críticas e de pré-imagens de pontos arbritários, inversão da função e por fim, as soluções esperadas para o problema de azeotropia. Esta metodologia foi desenvolvida para resolver sistemas não-lineares do tipo 2 × 2, tendo como objetivo dar uma visão global da função que modela o fenômeno em questão, além, é claro, de gerar as soluções esperadas. Serão apresentados resultados numéricos para o cálculo dos azeótropos no sistema benzeno + hexafluorobenzeno a baixas pressões por este método de inversão. Como ferramentas auxiliares, serão também apresentados aspectos numéricos usando aproximações clássicas, tais como métodos de Newton com técnicas de globalização e o algorítmo de otimização não-linear C-GRASP, para efeito de comparação.

A priori assessment of algebraic flame surface density models in the context of large eddy simulation for nonunity lewis number flames in the thin reaction zones regime

The performance of algebraic flame surface density (FSD) models has been assessed for flames with nonunity Lewis number (Le) in the thin reaction zones regime, using a direct numerical simulation (DNS) database of freely propagating turbulent premixed flames with Le ranging from 0.34 to 1.2. The focus is on algebraic FSD models based on a power-law approach, and the effects of Lewis number on the fractal dimension D and inner cut-off scale η i have been studied in detail. It has been found that D is strongly affected by Lewis number and increases significantly with decreasing Le. By contrast, η i remains close to the laminar flame thermal thickness for all values of Le considered here. A parameterisation of D is proposed such that the effects of Lewis number are explicitly accounted for. The new parameterisation is used to propose a new algebraic model for FSD. The performance of the new model is assessed with respect to results for the generalised FSD obtained from explicitly LES-filtered DNS data. It has been found that the performance of the most existing models deteriorates with decreasing Lewis number, while the newly proposed model is found to perform as well or better than the most existing algebraic models for FSD. © 2012 Mohit Katragadda et al.

Effects of turbulent reynolds number on the performance of algebraic flame surface density models for large eddy simulation in the thin reaction zones regime: A direct numerical simulation analysis

A direct numerical simulation (DNS) database of freely propagating statistically planar turbulent premixed flames with a range of different turbulent Reynolds numbers has been used to assess the performance of algebraic flame surface density (FSD) models based on a fractal representation of the flame wrinkling factor. The turbulent Reynolds number Ret has been varied by modifying the Karlovitz number Ka and the Damköhler number Da independently of each other in such a way that the flames remain within the thin reaction zones regime. It has been found that the turbulent Reynolds number and the Karlovitz number both have a significant influence on the fractal dimension, which is found to increase with increasing Ret and Ka before reaching an asymptotic value for large values of Ret and Ka. A parameterisation of the fractal dimension is presented in which the effects of the Reynolds and the Karlovitz numbers are explicitly taken into account. By contrast, the inner cut-off scale normalised by the Zel'dovich flame thickness ηi/δz does not exhibit any significant dependence on Ret for the cases considered here. The performance of several algebraic FSD models has been assessed based on various criteria. Most of the algebraic models show a deterioration in performance with increasing the LES filter width. © 2012 Mohit Katragadda et al.