Influência do alongamento

A Fig. 9.4 mostra a variação da velocidade de propagação da frente de chama, , para seis misturas de ar/hidrogénio em função do raio da chama, , para temperatura e pressão normais [1].

Fig. 9.4 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama para temperatura e pressão normais [1]

Verificou-se que existe uma grande diferença (quase de uma ordem de grandeza) da velocidade de chama da mistura estequiométrica para misturas bastante pobres. Para raios menores que 8 mm, a velocidade de chama diminui devido ao efeito da ignição “mecânica”, sendo que este efeito ainda é notório para misturas com ( ) [1].

A Fig. 9.5 mostra a velocidade de chama medida, , para seis misturas de ar/hidrogénio em função da taxa de alongamento, , para temperatura e pressão normais, em que é possível ver que as chamas das misturas mais pobres (Fig. 9.5 – b) e Fig. 9.5 – a) ( )) desaceleram com a diminuição da taxa de alongamento, evidenciando um número de Markstein dos gases queimados, , negativo; que as chamas da misturas ( ) (Fig. 9.5 – a)) apresentam um comportamento neutro; e que as chamas da mistura estequiométrica (Fig. 9.5 – a)) aceleram com a diminuição da taxa de alongamento, evidenciando um número de Markstein dos gases queimados, , positivo [1].

O efeito de subida de velocidade súbita para todas as misturas deve-se ao início do efeito de celularidade que aumenta a área da frente de chama logo aumenta a aceleração da chama. Na Fig. 9.4 verificou-se que o início deste efeito ocorre mais cedo durante o crescimento da chama à medida que a mistura vai empobrecendo logo mais instável (o melhor exemplo verificou-se na comparação das chamas das misturas ( ) e ( )) [1].

A Fig. 9.6 mostra a velocidade de chama medida, , para seis misturas de ar/hidrogénio em função do raio da chama, , para 1 bar e 365 K. Mais uma vez o efeito provocado pela ignição “mecânica” encontra-se presente em algumas das chamas para raios pequenos [1].

A Fig. 9.7 mostra a velocidade de chama medida, , para seis misturas de ar/hidrogénio em função da taxa de alongamento, , para 1 bar e 365 K. Neste caso a condição neutra aparenta ter-se deslocado na direção das chamas mais pobres [1].

A Fig. 9.8 mostra a velocidade de chama medida, , em função do raio da chama, (gráficos à esquerda), e mostra a velocidade de chama medida, , em função da taxa de alongamento, (gráficos à direita) para três misturas de ar/hidrogénio para 1 bar e 430 K. Verificou-se que a diluição da mistura com gases residuais tem o mesmo efeito que a diluição da mistura com ar (empobrecimento da mistura): redução da velocidade de chama e aumento de instabilidade. Devido à dificuldade de reprodução da temperatura (variação de temperatura entre 418 K e 433 K) existe

uma variação considerável nos valores obtidos para a mesma experiência [1].

As Fig. 9.9 e Fig. 9.10Fig. 9.6 mostram a velocidade de chama medida, , em função do raio da chama, , para várias misturas de ar/hidrogénio para 5 bar a 300 K e 5 e 10 bar a 365 K, respetivamente. As Fig. 9.11 e Fig. 9.12 mostram a velocidade de chama medida, , em função da taxa de alongamento, , (gráficos à esquerda), para várias misturas de ar/hidrogénio para 5 bar e 300 K e 5 e 10 bar e 365 K, respetivamente. Verificou-se que com o aumento de pressão de 1 para 5 bar, todas as chamas aceleram com a diminuição da taxa de alongamento, uma vez que as chamas são celulares desde o início da primeira fotografia Schlieren logo, é impossível derivar as velocidades de combustão para estas chamas ou o comprimento de Markstein. Um exemplo evidente do aumento da velocidade devido ao efeito de celularidade está presente nas chamas a 10 bar onde a velocidade máxima próxima da parede da bomba de combustão é quase o dobro da velocidade inicial [1].

Fig. 9.5 – Variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para temperatura e

pressão normais [1]

Fig. 9.6 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama para 1 bar e 375 K [1]

Fig. 9.7 – Variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 1 bar e 375 K [1]

Fig. 9.8 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama e variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 1 bar, 430 K [1]

Fig. 9.9 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama para 5 bar e 300 K [1]

Fig. 9.10 – Variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 5 e 10 bar para 365 K [1]

Fig. 9.11 – Variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 5 bar e 300 K [1]

A Fig. 9.13 mostra a velocidade de chama medida, , em função do raio da chama, (gráficos à esquerda), e mostra a velocidade de chama medida, , em função da taxa de alongamento, (gráficos à direita) para várias misturas de ar/hidrogénio com diferentes percentagens de gases residuais para 1 bar e 365 K. Verificou-se que a diluição da mistura com gases residuais tem o mesmo efeito que a diluição da mistura com ar (empobrecimento da mistura) em termos de velocidades de combustão e comprimentos de Markstein [1].

A Fig. 9.14 é a situação análoga à da Fig. 9.13 mas para 5 bar. Comparando ambos as figuras, é possível visualizar novamente o forte efeito da celularidade, em que as chamas a 5 bar são celulares desde o início e atingem velocidades de chama muito mais elevadas próximo da parede da bomba de combustão do que as chamas a 1 bar, especialmente as chamas próximo da estequiometria que apenas desenvolvem celularidade para raios elevados [1].

Fig. 9.12 – Variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 5 e 10 bar (esquerda e direita respetivamente) e 365 K [1]

Fig. 9.13 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama e variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 1 bar, 365 K e diferentes percentagens de residuais [1]

Fig. 9.14 – Variação da velocidade de chama medida em função do raio de chama e variação da velocidade de chama medida em função da taxa de alongamento para 5 bar, 365 K e diferentes percentagens de residuais [1]