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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Experimental study and modeling of nucleate boiling in gasoline and gasoline-ethanol blends = Estudo experimental e modelagem de ebulição nucleada em gasolina e em misturas de gasolina e etanol
Title Alternative: Estudo experimental e modelagem de ebulição nucleada em gasolina e em misturas de gasolina e etanol
Author: Oliveira, Arthur Vieira da Silva, 1989-
Advisor: Santos, Rogério Gonçalves dos, 1978-
Abstract: Resumo: Atualmente, três importantes tendências no setor automotivo são redução de emissões de gases poluentes, uso de biocombustíveis e consumo energético eficiente. Isto motiva, por exemplo, o uso de etanol combustível, assim como técnicas para melhoria de desempenho de motores, como o aquecimento de combustível para partida a frio e diminuição de emissões. Esta tecnologia, que se iniciou no mercado brasileiro, demanda bastante atenção e mão-de-obra qualificada, pois é um item que exige segurança absoluta e, geralmente, trabalha em regime de ebulição nucleada, processo dominado por poucos profissionais da indústria Automotiva. Ebulição é um dos principais ramos de pesquisa em transferência de calor devido à sua alta complexidade, diversidade de efeitos de parâmetros do problema e altos coeficientes de transferência de calor. A existência da tecnologia FlexFuel torna ainda mais complexo o problema por conta da mistura de combustíveis, principalmente se tratando de gasolina, que, por si só, já é uma mistura de centenas de hidrocarbonetos. Esta Tese de Doutorado analisa o fenômeno de ebulição nucleada em gasolina e em suas misturas com etanol a partir de novos dados experimentais e com o uso de correlações para cálculo de coeficiente de transferência de calor. Ensaios de ebulição nucleada (em bancada projetada e construída especialmente para este projeto) em um fio de platina foram realizados para gasolina, etanol, hidrocarbonetos e misturas de gasolina e etanol com diferentes níveis de pressão. O método de Monte Carlo foi empregado para encontrar suplentes que possam substituir a gasolina nos cálculos do coeficiente de transferência de calor e avaliou-se o comportamento destes suplentes ao mistura-los com etanol. De forma resumida, os coeficientes de transferência de calor obtidos com gasolina pura foram os menores encontrados. A adição de etanol à gasolina apresenta gradual aumento do coeficiente até atingir os valores do etanol (os mais elevados do presente estudo). Análise da degradação do coeficiente de transferência de calor e do fluxo crítico indicam comportamento de azeótropo quando a mistura gasolina-etanol contém 20% de fração molar de etanol. Além disto, a gasolina apresenta um comportamento incomum de histerese no processo de fluxo de calor crescente. Referindo-se à modelagem da gasolina, observou-se que não há correlação evidente de melhoria do cálculo do coeficiente de transferência de calor com a quantidade de hidrocarbonetos na sua composição. Quando analisando o modelo da gasolina misturado com etanol, mostrou-se que a modelagem se mantém precisa se o diagrama de fases da mistura modeloetanol se comporta como a mistura gasolina-etanol. Por fim, um diagrama de fases para a mistura gasolina-etanol é proposto usando inversão da correlação de Inoue et al..

Abstract: Nowadays, three important trends in automotive business are the reduction of pollutant emissions, use of biofuels and efficient energy consumption. It motivates, for instance, the use of ethanol fuel, as well as improvements in engine performance, like the use of heated fuel for cold start and reduction of pollutant emissions. This technology, which was born in Brazil, requires great attention and skilled labor, because this is an item that demands absolute safety and, in general, it works in the nucleate boiling regime, which is a process that is truly understood by few professionals in the Automotive industry. Boiling is one of the main research topics in heat transfer due to its high complexity, many parametric effects and high heat transfer coefficients. The existence of FlexFuel technology makes it even more complex because of the possibility of fuel blends, especially because of gasoline, which is already by itself a blend of hundreds of hydrocarbons. This Ph.D. Thesis analyzes the nucleate boiling heat transfer in gasoline and its mixtures with ethanol from novel experimental data and using correlations to calculate the heat transfer coefficient. Nucleate boiling tests (in a test rig specially designed and built for the present work) on a platinum wire were performed with gasoline, ethanol, hydrocarbons and gasoline-ethanol blends at different pressure levels. Monte Carlo method was used to find gasoline surrogates in calculations of heat transfer coefficients and, furthermore, the behavior of these surrogates was evaluated when mixed with ethanol. In summary, the heat transfer coefficients found with gasoline were the lowest among the tested fluids. The addition of ethanol to gasoline gradually increases the coefficient until ethanol results are achieved (which were the highest values observed in the present study). Analysis of the heat transfer coefficient degradation and critical heat flux indicates an azeotropic behavior when the gasoline-ethanol blend contains 20\% of ethanol in mole fraction. Moreover, gasoline presents an unusual hysteresis behavior during the increasing heat flux process. About gasoline modeling, no evident correlation was observed between the model predictive capacity and the number of hydrocarbons in its composition. When analyzing the mixture of gasoline surrogates with ethanol, it was noticed that the surrogate remains accurate if the surrogate-ethanol phase diagram behaves similarly to the gasoline-ethanol mixture. Finally, a gasoline-ethanol phase diagram is proposed using an inversion of Inoue et al. correlation
Subject: Ebulição
Gasolina
Etanol
Editor: [s.n.]
Citation: OLIVEIRA, Arthur Vieira da Silva. Experimental study and modeling of nucleate boiling in gasoline and gasoline-ethanol blends = Estudo experimental e modelagem de ebulição nucleada em gasolina e em misturas de gasolina e etanol. 2017. 1 recurso online (150 p.). Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/331168>. Acesso em: 1 set. 2018.
Date Issue: 2017
Appears in Collections:FEM - Tese e Dissertação

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