Implementação, validação e aplicação de um modelo de força de lubrificação em simulações CFD-DEM de um leito fluidizado
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Trabalho de conclusão de curso |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSCAR |
Texto Completo: | https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13677 |
Resumo: | Fluidized bed reactors are commonly used in chemical industry applications, especially in reactions involving heterogeneous catalysis. These equipments have been extensively studied and literature describing its macroscopic dynamic behaviors is largely available. However, the literature regarding the effect of microscopic interactions on these systems is sparse, such as the collisional dynamics of particles immersed in viscous fluids. In this context, the restitution coefficient is an effective way to account for energy dissipation caused by collisions. It is known that the presence of an interstitial viscous fluid when particles collide causes an increase in energy dissipation due to the lubrication force, and thus resulting in a much lower restitution coefficient. The present work aimed to implement a lubrication force model in an open-source CFD-DEM (computational fluid dynamics – discrete elements modelling) code in order to evaluate its effect in fluidized beds. The model was implemented directly into the DEM library and calibrated using experimental data from other works. Once validated, the model was applied in a fluidized bed simulation using viscous liquid and dense particles. The model was in good accordance to experimental data and the fluidized bed simulation results were significantly different when the force was included. It was observed that bed porosity decreased while average particle velocity increased, likely due to an increase in particle agglomeration. Overall the results show that the lubrication force should be taken into account when simulating such systems. |
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Campos, João Pedro Ferreira deLopes, Gabriela Cantarellihttp://lattes.cnpq.br/5680967191791061http://lattes.cnpq.br/666043347482063473b2a827-212d-4ad4-ba00-6105c79e6c802021-01-13T13:03:49Z2021-01-13T13:03:49Z2020-12-15CAMPOS, João Pedro Ferreira de. Implementação, validação e aplicação de um modelo de força de lubrificação em simulações CFD-DEM de um leito fluidizado. 2020. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2020. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13677.https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/13677Fluidized bed reactors are commonly used in chemical industry applications, especially in reactions involving heterogeneous catalysis. These equipments have been extensively studied and literature describing its macroscopic dynamic behaviors is largely available. However, the literature regarding the effect of microscopic interactions on these systems is sparse, such as the collisional dynamics of particles immersed in viscous fluids. In this context, the restitution coefficient is an effective way to account for energy dissipation caused by collisions. It is known that the presence of an interstitial viscous fluid when particles collide causes an increase in energy dissipation due to the lubrication force, and thus resulting in a much lower restitution coefficient. The present work aimed to implement a lubrication force model in an open-source CFD-DEM (computational fluid dynamics – discrete elements modelling) code in order to evaluate its effect in fluidized beds. The model was implemented directly into the DEM library and calibrated using experimental data from other works. Once validated, the model was applied in a fluidized bed simulation using viscous liquid and dense particles. The model was in good accordance to experimental data and the fluidized bed simulation results were significantly different when the force was included. It was observed that bed porosity decreased while average particle velocity increased, likely due to an increase in particle agglomeration. Overall the results show that the lubrication force should be taken into account when simulating such systems.Reatores de leito fluidizado são equipamentos empregados largamente na indústria química, em geral em processos que requerem altas taxas de transferência de massa, uma característica inerente do equipamento. No entanto, pouco se sabe sobre o comportamento microscópico desses sistemas, em especial da dinâmica colisional de partículas fluidizadas. Nesse contexto, o coeficiente de restituição destaca-se por ser o parâmetro que determina a dissipação energética que ocorre em uma colisão. Sabe-se que fluidos viscosos (como misturas aquosas, por exemplo) tendem a afetar negativamente a restituição quando partículas se chocam devido à força de lubrificação. O presente trabalho teve como objetivo implementar um modelo de força de lubrificação em um código aberto CFD-DEM (computational fluid dynamics – discrete elements modelling) para avaliar sua influência na dinâmica de um leito fluidizado. O modelo foi implementado diretamente na biblioteca do DEM e foram feitas simulações de validação cujos resultados foram comparados com dados experimentais de outros trabalhos. Após a validação, o modelo foi aplicado na simulação de um leito fluidizado usando um líquido de alta viscosidade e partículas densas. O modelo implementado apresentou boa concordância com os dados experimentais. A análise preliminar dos resultados da simulação do leito apontou que a força de lubrificação teve impacto significativo na dinâmica do leito, influenciando a distribuição de fração de vazios, porosidade e velocidade das partículas, destacando sua importância na simulação de aplicações que envolvam líquidos viscosos e sólidos dispersos.Não recebi financiamentoporUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosEngenharia Química - EQUFSCarAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazilhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/info:eu-repo/semantics/openAccessComputational Fluid DynamicsFluidodinâmica ComputacionalDense Discrete Phase ModelMétodo dos Elementos DiscretosForça de lubrificaçãoLubrication forceENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICAENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICAImplementação, validação e aplicação de um modelo de força de lubrificação em simulações CFD-DEM de um leito fluidizadoImplementation, validation and application of a lubrication force model in CFD-DEM simulations of a fluidized bedinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis600600ad966bd7-9d47-4f1b-9732-0ad2f0578e62reponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARORIGINALTrabalho de Graduação.pdfTrabalho de Graduação.pdfTexto do Trabalho de Conclusão de Cursoapplication/pdf1579288https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13677/1/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o.pdff4a0b8c82b17fd7a177e24e523654cceMD51CC-LICENSElicense_rdflicense_rdfapplication/rdf+xml; charset=utf-8811https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13677/2/license_rdfe39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34MD52TEXTTrabalho de Graduação.pdf.txtTrabalho de Graduação.pdf.txtExtracted texttext/plain75954https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13677/3/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o.pdf.txt8418ac86c4fe4314197df3b969c963c3MD53THUMBNAILTrabalho de Graduação.pdf.jpgTrabalho de Graduação.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg8319https://repositorio.ufscar.br/bitstream/ufscar/13677/4/Trabalho%20de%20Gradua%c3%a7%c3%a3o.pdf.jpg8e15afcafa33ba10cfea362aa4867374MD54ufscar/136772023-09-18 18:32:05.279oai:repositorio.ufscar.br:ufscar/13677Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestopendoar:43222023-09-18T18:32:05Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)false |
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