Estudo experimental e numérico da fluidodinâmica e das transferências de calor e massa em um leito de jorro contínuo: uso da técnica CFD
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Data de Publicação: | 2010 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/3881 |
Resumo: | In this work, the transport phenomena, which occur during the drying operation in a continuous spouted bed, are evaluated through experimental data and CFD simulations. Thus, this thesis was divided into three main parts: fluid dynamics, heat transfer and mass transfer. The fluid dynamics of a spouted bed, with continuous solids feeding, was studied through experimental data of static pressure, fountain height and air mass flow rate. A two-fluid two-dimensional model using the Euler-Euler approach was applied to simulate the fluid dynamics of the system. Gidaspow (1992) drag model was used to describe fluid-particle interface forces and the granular kinetic theory (Lun et al., 1984) to predict the solid phase stress. The commercial fluid dynamics code, FLUENT 6.3, was chosen to solve the model equations. The data obtained via CFD compared well with experimental results. In the heat transfer study, the conservation of energy equation was used, in conjunction with the fluid dynamics model, to simulate the heat transfer between the gas and particles in a continuous draft tube spouted bed. Two different Nusselt number correlations (Gunn, 1978; Kmiec, 1980) were used to calculate the heat transfer coefficient between the phases. The simulated results were compared with the experimental data obtained for the fluid temperature in the draft tube and annulus sections of the bed as well as for the solids outlet temperature. The drying simulations were done by coupling the transport phenomena, fluid dynamics, heat and mass transfer. An equation, based on thin layer drying data, was developed for the drying constant, which is a function of the fluid temperature and gas-solids relative velocity. The drying model presented physically consistent results and it seems to be promising for the drying analysis. |
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A two-fluid two-dimensional model using the Euler-Euler approach was applied to simulate the fluid dynamics of the system. Gidaspow (1992) drag model was used to describe fluid-particle interface forces and the granular kinetic theory (Lun et al., 1984) to predict the solid phase stress. The commercial fluid dynamics code, FLUENT 6.3, was chosen to solve the model equations. The data obtained via CFD compared well with experimental results. In the heat transfer study, the conservation of energy equation was used, in conjunction with the fluid dynamics model, to simulate the heat transfer between the gas and particles in a continuous draft tube spouted bed. Two different Nusselt number correlations (Gunn, 1978; Kmiec, 1980) were used to calculate the heat transfer coefficient between the phases. The simulated results were compared with the experimental data obtained for the fluid temperature in the draft tube and annulus sections of the bed as well as for the solids outlet temperature. The drying simulations were done by coupling the transport phenomena, fluid dynamics, heat and mass transfer. An equation, based on thin layer drying data, was developed for the drying constant, which is a function of the fluid temperature and gas-solids relative velocity. The drying model presented physically consistent results and it seems to be promising for the drying analysis.Neste trabalho, os fenômenos de transferência, que ocorrem durante a operação de secagem em um leito de jorro contínuo, são abordados de forma experimental e também através da fluidodinâmica computacional (CFD). Para isso, o trabalho foi dividido em três partes principais: fluidodinâmica, transferência de calor e transferência de massa. A fluidodinâmica, de um leito de jorro com alimentação contínua de sólidos pela base, foi estudada através de dados experimentais de pressão estática, altura da fonte e vazão de ar, os quais foram obtidos para as diversas regiões do leito. Um modelo de dois fluidos utilizando a formulação Euler-Euler foi empregado para a simulação da fluidodinâmica do sistema. As forças de interface, entre fluidopartícula, foram descritas utilizando o modelo proposto por Gidaspow (1992) e as tensões de sólidos pela teoria cinética granular proposta por Lun et al. (1984). A solução das equações do modelo foi realizada utilizando o software FLUENT 6.3. Os resultados obtidos via CFD foram comparados a dados experimentais, mostrando a boa concordância do modelo com os experimentos. No estudo da transferência de calor, a equação da conservação da energia em sua forma diferencial foi utilizada, juntamente com o modelo fluidodinâmico, para simular a transferência de calor entre fluido e partículas em um leito de jorro contínuo com alimentação de sólidos pela base. Duas correlações para a determinação do número de Nusselt (Gunn, 1978; Kmiec, 1980) foram utilizadas para o cálculo do coeficiente de transferência de calor entre as fases. Os resultados simulados foram comparados com dados experimentais obtidos para a temperatura do fluido e das partículas. A simulação da secagem de partículas de alumina, em um leito de jorro contínuo, foi realizada através do acoplamento dos fenômenos de transferência. Uma equação para a constante de secagem, em função da temperatura do ar e velocidade relativa entre as fases, foi desenvolvida a partir de dados experimentais de secagem em camada fina. O modelo mostrou-se fisicamente consistente e promissor, na análise da transferência de massa no sistema em estudo.Universidade Federal de Sao Carlosapplication/pdfporUniversidade Federal de São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQUFSCarBREngenharia químicaLeito de jorroCFDTransferência de calor e massaEscoamento multifásicoENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICAEstudo experimental e numérico da fluidodinâmica e das transferências de calor e massa em um leito de jorro contínuo: uso da técnica CFDinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis-1-12e542afc-9fec-43b4-b11a-1eb2ed3a1f3dinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINAL2955.pdfapplication/pdf1581849https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/3881/1/2955.pdf08c612834e3c6873efcbc52760017935MD51THUMBNAIL2955.pdf.jpg2955.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg6996https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/3881/2/2955.pdf.jpgacf7d8302291c64f9a80c6fffd27a77bMD52ufscar/38812023-09-18 18:31:47.367oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/3881Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:31:47Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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