| Resumo : |
O presente trabalho estuda a extração de parâmetros da equação de estado de Jones-Wilkins-Lee (JWL) de curvas de Hugoniot reativas geradas através de mecanismos de cinética química, de forma que usuários de simulações de dinâmica explícita possam utilizar os parâmetros extraídos como dado de entrada de um material que originalmente foi concebido para representar explosivos de fase condensada e, com isso, simular os efeitos de uma detonação gasosa. Essa abordagem facilita, dentre outros, a investigação de danos estruturais causados por explosões gasosas em aplicações de elementos finitos. O primeiro passo dado foi a busca por um método verificado experimentalmente que pudesse ser utilizado para extrair os parâmetros JWL de explosivos em fase condensada. O método de ELEK et al. foi selecionado. Posteriormente, foi realizada uma investigação sobre os métodos existentes para a criação de curvas de Hugoniot reativas utilizando mecanismo cinéticos como dado de entrada. Foi escolhido o método de BROWNE et al.. Em seguida, foi criado um processo para adaptar os dois métodos mencionados, de forma que os parâmetros JWL pudessem ser extraídos de curvas de Hugoniot reativas de três misturas estequiométricas: H2 + O2, H2 + ar atmosférico e JET-A + ar atmosférico. Mais adiante foi realizada com os parâmetros gerados, em um ambiente de dinâmica explícita, a simulação de uma detonação gasosa de iniciação direta em um shock tube de Shyue. Seus resultados foram testados por meio da comparação dos perfis de pressão, densidade e velocidade gerados pela simulação numérica com os mesmos perfis produzidos pela solução exata fornecida pela hipótese generalizada de Riemann para escoamentos energéticos. Por fim, eles foram confrontados com os resultados de uma simulação fluidodinâmica, que utilizou diretamente os mecanismos cinéticos usados para geração das curvas de Hugoniot como dado de entrada para investigar os fenômenos de combustão. Os resultados obtidos da rotina desenvolvida para extrair os parâmetros JWL de explosivos em fase condensada baseada no método ELEK et al. tiveram boa concordância com os valores apresentados pelos autores em seu artigo. As curvas de Hugoniot reativas para H2 + O2, H2 + ar atmosférico e JET-A + ar atmosférico produzidas por mecanismos cinéticos mostraram que, dentro das premissas adotadas no escopo deste trabalho, a mistura JET-A + ar atmosférico tem as melhores características de detonação, se comparada com as outras duas. A otimização realizada para extrair os parâmetros das curvas de Hugoniot produziu bons ajustes para as curvas isentrópicas obtidas analiticamente, e a relação de magnitude dos parâmetros entre si foi consistente com aqueles típicos de explosivos em fase condensada. Os perfis de pressão, densidade, velocidade e energia específica foram semelhantes aos da solução exata. Os resultados da simulação em ambiente de dinâmica explícita utilizando os parâmetros gerados foram similares aos obtidos pela simulação fluidodinâmica. |