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Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Title: Numerical analysis of the effects brought by a twisted tape insert in elbow erosion
Alternate title (s): Análise numérica dos efeitos provocados pela inserção de uma fita torcida na erosão de cotovelos
Author: Santos, Vinicius Fagundes dos
First Advisor: Souza, Francisco José de
First member of the Committee: Silva Junior, Washington Martins da
Second member of the Committee: Meier, Henry França
Third member of the Committee: Duarte, Carlos Antônio Ribeiro
Summary: Devido ao problema permanente relacionado à erosão provocada pelo choque de partículas sólidas em muitos campos da engenharia, peças como cotovelos de curvas , por exemplo, são particularmente propensos a problemas de erosão. Neste trabalho, a inserção de uma fita torcida em diferentes posições a montante de uma curva é investigada numericamente com a intenção de reduzir a erosão no cotovelo. Para assegurar a confiabilidade dos cálculos numéricos, dados experimentais foram utilizados para validar o modelo de CFD para o cotovelo padrão. Posteriormente, foram realizadas simulações considerando o acoplamento de uma, duas e quatro vias avaliando a curva padrão e as geometrias equipadas com a fita torcida. Foram feitas simulações para avaliar o ângulo de impacto médio de partícula, a frequência de impacto e velocidade de impacto e a taxa de penetração para cada geometria. O presente trabalho utilizou o código de volumes finitos UNSCYFL3D, que resolve o escoamento de gás usando a abordagem de Euler-Lagrange totalmente acoplada. O modelo k-epsilon duas camadas foi usado para modelar os efeitos de turbulência. Curiosamente, verificou-se que o movimento rotativo conferida às partículas pela fita torcida reduz a razão máxima de penetração na curva. Outra descoberta importante é que quanto mais a montante do cotovelo a inserção é colocado, menor a erosão no cotovelo, embora a própria fita se torna mais propensas a erosão. Em geral, observou-se que as interações de fluido- partícula e partícula-partícula são muito importantes e não podem ser negligenciadas. Por conseguinte, dependendo da carga mássica e configuração geométrica a erosão no cotovelo pode ser drasticamente reduzida
Abstract: Due to the ongoing problem related to erosion caused by the impingement of solid particles in many engineering fields, parts such elbows, for instance, are particularly prone to erosion issues. In this work, the insertion of a twisted tape at different positions upstream of a bend is investigated numerically with the intent of reducing the elbow erosion. To ensure the reliability of the numerical calculations, experimental data were used to validate the CFD model for the standard elbow. Subsequently, simulations considering one, two and four-way coupling were evaluated for both the standard and the twisted tape-equipped elbows. Simulations were run to evaluate the average particle impact angle, impact frequency and impact velocity and the penetration ratio for each geometry. The present work used the finite-volume, unstructured code UNSCYFL3D, which solves the gas flow using the fully coupled Euler-Lagrange approach. The two-layer k-epsilon was used to model turbulence effects. Interestingly, it was found that the swirling motion imparted to the particles by the twisted tape reduces the maximum penetration ratio in the bend. Another important finding is that the farther the insert is placed upstream of the elbow, the lower the erosion in the elbow, although the tape itself becomes more prone to erosion. In general, it was noticed that the fluid-particle and particle-particle interactions are very important and cannot be neglected. Consequently, depending on the mass loading and geometry configuration, elbow erosion can be dramatically reduced.
Keywords: Twisted tape
Elbow erosion
Four-way coupling
Interparticle collisions
Erosion mitigation
Fita torcida
Erosão em cotovelos
Quatro-vias de acoplamento
Colisões entre partículas
Mitigação da erosão
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::MECANICA DOS FLUIDOS
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica
Quote: SANTOS, Vinicius Fagundes dos. Numerical analysis of the effects brought by a twisted tape insert in elbow erosion. 2018. 115 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2018. Disponível em: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.135.
Document identifier: http://dx.doi.org/10.14393/ufu.di.2018.135
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/21519
Date of defense: 7-Feb-2018
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