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https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35216| ORCID: |  http://orcid.org/0000-0002-6847-059X |
| Document type: | Dissertação |
| Access type: | Acesso Aberto |
| Title: | Proposta de um modelo de turbulência híbrido LES-URANS para escoamentos em ciclones |
| Alternate title (s): | Proposal of a LES-URANS hybrid turbulence model for cyclone flows |
| Author: | Corrêa, Rafaela Gomide |
| First Advisor: | Souza, Francisco José de |
| First member of the Committee: | Silveira Neto, Aristeu da |
| Second member of the Committee: | Meier, Henry França |
| Summary: | Ciclones são equipamentos de separação utilizados em diversos setores da indústria, como grãos, petrolífera e mineradora. Como eles utilizam a separação baseada na força centrífuga, a eficiência do equipamento está diretamente ligada ao escoamento que ocorre em seu interior. Esse escoamento é complexo, tridimensional, turbulento e multifásico, características que dificultam sua análise. Com o avanço computacional, passou a ser possível realizar essa análise utilizando a Dinâmica dos Fluidos Computacional, que consegue reproduzir corretamente o escoamento e calcular algumas variáveis importantes se modelos de turbulência adequados forem usados. Os modelos de turbulência mais utilizados nesse tipo de análise são o URANS com o modelo de fechamento RSM e o modelo LES com o modelo sub-malha de Smagorinsky para o fechamento das equações, sendo que o LES consegue fornecer resultados mais precisos, mas ele precisa de uma malha mais refinada e tem custo computacional mais elevado. Para combinar as vantagens desses dois modelos, o principal objetivo deste trabalho foi propor um modelo híbrido LES-URANS, utilizando o modelo de Smagorinsky e o RSM para o fechamento das equações, aplicado a ciclones. Para avaliar o novo modelo, os resultados computacionais foram comparados com resultados do modelo RSM puro e com resultados experimentais disponíveis na literatura. A partir da análise dos resultados de média e desvio padrão das componentes tangencial e axial da velocidade, notou-se que o modelo híbrido gerou valores maiores tanto para a média quanto para a flutuação. Os maiores valores médios aumentam a força centrífuga atuante nas partículas, melhorando a eficiência, mas também aumenta a turbulência, que tende a atrapalhar a separação. Já as flutuações, interferem diretamente no movimento das partículas, principalmente nas pequenas. Além disso, a análise das componentes modelada e resolvida da energia cinética turbulenta evidenciou que o modelo híbrido calcula mais estruturas turbilhonares que o RSM. A combinação desses comportamentos fez com que o modelo híbrido gerasse curvas de eficiência de coleta mais próximas da experimental, mesmo para a malha mais grosseira. |
| Abstract: | Ciclones are separation devices used in several industries, such as grain, oil and minning. As they use the centrifugal acceleration to do the separation, the efficiency of the equipment is directly linked to the flow that occurs inside it. This flow is complex, three-dimensional, turbulent and multiphase, points that make its analysis difficult. With the computational advancement, it became possible to do this analysis using Computational Fluid Dynamics, which can correctly reproduce the flow and calculate some important variables if adequate turbulence models are used. The most used turbulence models in this type of analysis are the URANS with the RSM closure model and the LES model with the Smagorinsky subgrid model for closing the equations. The LES can provide more accurate results, but it needs a finer mesh and has a higher computational cost. To combine the advantages of these two models, the main objective of this work was to propose a hybrid LES-URANS model, using the Smagorinsky model and the RSM model to close the equations, applied to cyclones. To evaluate the new model, the numerical results were compared with results from the pure RSM model and with experimental data available in the literature. From the analysis of the mean and RMS results of the tangential and axial components of velocity, it was noticed that the hybrid model generated higher values for both the mean and the fluctuation. Higher average values increase the centrifugal force acting on the particles, improving efficiency, but also increase turbulence, which tends to disturb the separation. On the other hand, the fluctuations directly interfere in the particles movement, especially for the small ones. Furthermore, the analysis of the modeled and solved components of the turbulent kinetic energy showed that the hybrid model calculates more turbulent scales than the RSM. The combination of these behaviors made the hybrid model generate grade collection efficiency curves closer to the experimental one, even for the coarsest mesh. |
| Keywords: | Ciclone Cyclone Dinâmica dos Fluidos Computacional Computational Fluid Dynamics Modelo de turbulência Turbulence model LES LES URANS URANS |
| Area (s) of CNPq: | CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA |
| Subject: | Engenharia Mecânica Mecânica dos fluidos Calor - Transmissão |
| Language: | por |
| Country: | Brasil |
| Publisher: | Universidade Federal de Uberlândia |
| Program: | Programa de Pós-graduação em Engenharia Mecânica |
| Quote: | CORRÊA, Rafaela Gomide. Proposta de um modelo de turbulência híbrido LES-URANS para escoamentos em ciclones. 2022. 86 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2022. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.292 . |
| Document identifier: | http://doi.org/10.14393/ufu.di.2022.292 |
| URI: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/35216 |
| Date of defense: | 27-Jun-2022 |
| Appears in Collections: | DISSERTAÇÃO - Engenharia Mecânica |
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