Please use this identifier to cite or link to this item:
https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31261
Document type: | Dissertação |
Access type: | Acesso Aberto |
Title: | Estudo CFD-DEM de um leito de jorro operando nos regimes denso, de transição e jet spouted bed |
Alternate title (s): | CFD-DEM coupling of dense-phase, transition region, and dilute-phase spouting |
Author: | Almeida, Natalia Pazin |
First Advisor: | Barrozo, Marcos Antonio de Souza |
First coorientator: | Duarte, Cláudio Roberto |
First member of the Committee: | Santos, Kássia Graciele dos |
Second member of the Committee: | Silva, Danylo de Oliveira |
Summary: | O leito de jorro é um equipamento amplamente utilizado na indústria de processos, por promover um eficiente contato entre sólidos e fluido. Existem algumas limitações na utilização do leito de jorro no regime convencional ao se trabalhar com materiais sensíveis ao calor, como elevado tempo de permanência, e ao se utilizar materiais pegajosos, como bloqueio do leito, devido à baixa taxa de circulação de partículas na região anular. Uma opção para evitar esses problemas de fluidodinâmica é a operação do leito de jorro em fase diluída, o jet spouted bed. A modelagem numérica, em especial o acoplamento entre a Fluidodinâmica Computacional e o Método de Elementos Discretos (CFD-DEM), facilita o conhecimento do escoamento de partículas no interior de equipamentos multifásicos, tornando possível a obtenção de informações pontuais dos sólidos. Neste trabalho, foi estudada a dinâmica de esferas de vidro em um leito de jorro de acrílico operando em fase densa e diluída (jet spouted bed), bem como no regime de transição entre elas, por meio da técnica da simulação numérica CFD-DEM. Foi analisada a variação da velocidade de ascensão e de queda de partículas e da porosidade do leito, com a expansão da velocidade de alimentação do ar, bem como a variação do número e intensidade de contatos e colisões de partículas no interior do equipamento. Dados experimentais de Barrozo et al. (2010) foram utilizados com o objetivo de verificar as simulações computacionais. Os resultados da simulação CFD-DEM foram satisfatórios para prever o comportamento de velocidade de partícula e porosidade do leito. Com a expansão da velocidade de alimentação de ar, ocorreu aumento da velocidade com a qual as partículas sobem na região de jorro, e da porosidade local. A intensidade de colisões de partículas, contudo, aumenta com a velocidade de alimentação de ar. No jet spouted bed, em especial, observou-se que a porosidade local do leito se manteve próxima a 0,9 em todas as posições radiais de um mesmo plano axial. Além disso, neste regime diluído, constatou-se uma maior razão colisões/contatos de partículas em todo o equipamento, o que torna interessante estudos de aplicação do jet spouted bed em operações como extração mecânica, em que o choque entre partículas importa mais que o deslizamento. |
Abstract: | The spouted bed has been widely used in industrial processes, due to the high contact reached between particles and fluid. There are some limitations to the use of the dense spouted bed. In this conventional regime, the long residence time has a disadvantageous effect on thermosensitive materials, for example, and may cause bed blockage in operations with sticky materials, as a consequence of the low particle circulation rate. An option to avoid these fluid dynamics problems is to operate a diluted-phase spouted bed, the jet spouted bed. Numerical modeling, especially the CFD-DEM, facilitates the analysis of the flow of particles inside multiphase equipment, making it possible to obtain specific information about the solids. In this work, the dynamic of glass spheres in a Plexiglas spouted bed was studied by the CFD-DEM technique in the conventional and jet spouting, besides in the transition regime between them. The upward and downward particle velocities, as well as the local bed voidages, were analyzed, with the expansion of the inlet air velocity, besides the variation in the number of contacts, number of collisions, and the intensity of collisions inside the equipment. Experimental data from the literature were used to validate the numerical simulations. The simulations' results were satisfactory to predict the behavior of particle velocities and bed voidage. With the inlet air velocity expansion, there was an increase in the upward velocities at the spouting region and the radial distribution of voidage. Also, there was a decrease in the number of contacts and collisions between particles, as the solids are distributed along the bed. The intensity of particle collisions, however, increases with the inlet air velocity expansion. In the jet spouted bed, especially, it was observed that the local bed voidage remained close to 0.9 in all the radial positions. Besides, in this diluted regime, a higher particle collision/contact ratio was observed throughout the equipment, which makes interesting to study the jet spouted bed in operations in which the collisions between particles are more important than the slip, such as mechanical extraction. It was also observed that the steady-state takes longer to reach the diluted regime. |
Keywords: | Jorro diluído Porosidade Velocidade de partícula Número de colisões Número de contatos Força de colisões Dilute-phase spouting Voidage Particle velocity Number of contacts Number of collisions Collision force |
Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS |
Subject: | Partículas (Física, química, etc.) |
Language: | por |
Country: | Brasil |
Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Química |
Quote: | ALMEIDA, Natalia Pazin. Estudo CFD-DEM de um leito de jorro operando nos regimes denso, de transição e jet spouted bed. 2020. 79 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2020. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.695 |
Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.695 |
URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31261 |
Date of defense: | 28-Oct-2020 |
Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Química |
Files in This Item:
File | Description | Size | Format | |
---|---|---|---|---|
EstudoCFD-DEM.pdf | Dissertação | 5.59 MB | Adobe PDF | View/Open |
This item is licensed under a Creative Commons License