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Document type: Tese
Access type: Acesso Aberto
Title: Implementação e avaliação de modelos computacionais para a previsão da erosão em ciclones
Alternate title (s): Implementation and evaluation of computational models for erosion prediction erosion in cyclone separators
Author: Martins, Diego Alves de Moro
First Advisor: Souza, Francisco José de
First member of the Committee: Silveira Neto, Aristeu da
Second member of the Committee: Franco, Sinésio Domingues
Third member of the Committee: Meier, Henry França
Fourth member of the Committee: Martignoni, Waldir Pedro
Summary: Neste trabalho foram realizadas simulações numéricas com o intuito de predizer a erosão por impacto de partículas em separadores ciclônicos. As predições foram realizadas utilizando métodos da Dinâmica dos Fluidos Computacional. A geometria estudada foi similar a um ciclone de segundo estágio do regenerador de uma unidade de craqueamento catalítico. Os resultados obtidos pelas simulações foram comparados com resultados experimentais da literatura, realizados em ciclones com paredes de acrílico e revestimento de gesso. Todavia, os modelos implementados para predição da erosão foram desenvolvidos para materiais metálicos. Neste contexto, a validação foi realizada com casos cujos materiais envolvidos são próprios para os modelos implementados. Após a validação, foram avaliadas as influências de modelos bifásicos, modelagem da turbulência, resolução de malha, presença de dipleg e correlações que modelam o impacto das partículas com as paredes na erosão. Verificou-se que a modelagem da turbulência e a resolução da malha computacional foram os fatores que mais influenciaram na predição da erosão dos casos estudados. Outro parâmetro importante é o fator de atrito, cujo valor altera significativamente a taxa de erosão. Observou-se que a interação entre fluido e partículas diminui a taxa de erosão, mesmo a baixas concentrações, assim como as colisões entre as partículas. Em geral, as regiões erodidas observadas nas simulações coincidem com as experimentais.
Abstract: Numerical simulations to predict erosion in cyclone separators due to the impact of particles were accomplished in this work. The predictions were performed through Computational Fluid Dynamics methods. The geometry investigated was similar to that of a second stage cyclone of a fluidized catalytic cracking unit. The numerical results were compared to experimental results available in the literature. The cyclone walls were made of acrylic with multiple coatings of drywall in the experiments. However, the implemented models to predict the erosion were developed for metallic materials. In this context, the validation was performed with cases in which the materials involved were the same as that used in the implemented models. The influence of the two-phase models, turbulence modelling, mesh resolution, dipleg presence and the models of particle/wall collision in erosion were evaluated after the validation. It was found that the turbulence modelling and mesh resolution were the most relevant factors in the erosion prediction, at least in the studied cases. Another relevant parameter is the friction factor, whose value significantly modifies the erosion rate. It was noticed that the interaction between the fluid and the particles reduces the erosion rate, even at low concentrations, as well as the interparticle collisions. Generally, the eroded regions were observed to match those from the experiments.
Keywords: CFD
Ciclones
Erosão em ciclones
Escoamento bifásico
Modelamento da turbulência
Cyclones
Cyclone erosion
Two-phase flow modelling
Turbulence modelling
Fluidodinâmica computacional
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA
Language: por
Country: BR
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Institution Acronym: UFU
Department: Engenharias
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: MARTINS, Diego Alves de Moro. Implementation and evaluation of computational models for erosion prediction erosion in cyclone separators. 2016. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016.
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14775
Date of defense: 3-Mar-2016
Appears in Collections:TESE - Engenharia Mecânica

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