Modelação da propagação de uma frente de chamas em linha num leito sólido poroso na ausência de declive ou vento

Abstract

Nesta tese apresenta-se um programa completo de desenvolvimento de um modelo semi-empírico para prever a propagação estacionária de uma frente de chamas em linha, num leito sólido poroso horizontal, na ausência de vento, incluindo as seguintes partes principais: formulação física e analítica; implementação numérica e informática; testes numéricos de afinação e exploração ilustrativa; e testes experimentais em laboratório. No que respeita à formulação física e analítica, a equação-chave do modelo é uma equação bidimensional às derivadas parciais, que exprime o balanço de energia num Volume de Controlo diferencial (2D) colocado adiante da frente, no leito combustível ainda não queimado. O modelo tem uma Biblioteca modular de submodelos para cada termo da equação de balanço de energia. O modelo requer como parâmetros de entrada propriedades simples do leito combustível e do ambiente e duas propriedades da frente, a estimar “a priori”, e fornece como parâmetros de saída várias propriedades da frente (velocidade de propagação, altura das chamas, forma da interface de combustão, ...) e os campos de temperatura, teor de humidade e calor total absorvido pelas partículas combustíveis ainda não queimadas. O núcleo do algoritmo numérico que implementa o modelo é composto por quatro ciclos iterativos hierarquicamente imbricados, para resolver, respectivamente: o campo de temperatura das partículas, a forma da interface de combustão, uma velocidade de propagação auxiliar e a verdadeira velocidade de propagação. Este algoritmo numérico foi implementado num programa de computador escrito em FORTRAN 90. Tirando partido do programa de cálculo anterior, apresentam-se vários tipos de testes numéricos realizados ao modelo. Descrevem-se dois grupos de testes experimentais a que o modelo foi submetido. No primeiro grupo testam-se três submodelos para prever o coeficiente de extinção da radiação no leito. No segundo grupo empregam-se experiências de fogo laboratoriais para testar o modelo de propagação completo. Confrontando os dados experimentais com as previsões do modelo faz-se uma avaliação sintética dos seus pontos fortes e fracos no seu presente estado de desenvolvimento. Por último, apontam-se as principais questões em aberto relacionadas com o desenvolvimento e teste futuros do modelo.