Implementação e avaliação de modelos computacionais para a previsão da erosão em ciclones
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Data de Publicação: | 2016 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFU |
Texto Completo: | https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14775 https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.41 |
Resumo: | Numerical simulations to predict erosion in cyclone separators due to the impact of particles were accomplished in this work. The predictions were performed through Computational Fluid Dynamics methods. The geometry investigated was similar to that of a second stage cyclone of a fluidized catalytic cracking unit. The numerical results were compared to experimental results available in the literature. The cyclone walls were made of acrylic with multiple coatings of drywall in the experiments. However, the implemented models to predict the erosion were developed for metallic materials. In this context, the validation was performed with cases in which the materials involved were the same as that used in the implemented models. The influence of the two-phase models, turbulence modelling, mesh resolution, dipleg presence and the models of particle/wall collision in erosion were evaluated after the validation. It was found that the turbulence modelling and mesh resolution were the most relevant factors in the erosion prediction, at least in the studied cases. Another relevant parameter is the friction factor, whose value significantly modifies the erosion rate. It was noticed that the interaction between the fluid and the particles reduces the erosion rate, even at low concentrations, as well as the interparticle collisions. Generally, the eroded regions were observed to match those from the experiments. |
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Implementação e avaliação de modelos computacionais para a previsão da erosão em ciclonesImplementation and evaluation of computational models for erosion prediction erosion in cyclone separatorsCFDCiclonesErosão em ciclonesEscoamento bifásicoModelamento da turbulênciaFluidodinâmica computacionalCyclonesCyclone erosionTwo-phase flow modellingTurbulence modellingCNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICANumerical simulations to predict erosion in cyclone separators due to the impact of particles were accomplished in this work. The predictions were performed through Computational Fluid Dynamics methods. The geometry investigated was similar to that of a second stage cyclone of a fluidized catalytic cracking unit. The numerical results were compared to experimental results available in the literature. The cyclone walls were made of acrylic with multiple coatings of drywall in the experiments. However, the implemented models to predict the erosion were developed for metallic materials. In this context, the validation was performed with cases in which the materials involved were the same as that used in the implemented models. The influence of the two-phase models, turbulence modelling, mesh resolution, dipleg presence and the models of particle/wall collision in erosion were evaluated after the validation. It was found that the turbulence modelling and mesh resolution were the most relevant factors in the erosion prediction, at least in the studied cases. Another relevant parameter is the friction factor, whose value significantly modifies the erosion rate. It was noticed that the interaction between the fluid and the particles reduces the erosion rate, even at low concentrations, as well as the interparticle collisions. Generally, the eroded regions were observed to match those from the experiments.Doutor em Engenharia MecânicaNeste trabalho foram realizadas simulações numéricas com o intuito de predizer a erosão por impacto de partículas em separadores ciclônicos. As predições foram realizadas utilizando métodos da Dinâmica dos Fluidos Computacional. A geometria estudada foi similar a um ciclone de segundo estágio do regenerador de uma unidade de craqueamento catalítico. Os resultados obtidos pelas simulações foram comparados com resultados experimentais da literatura, realizados em ciclones com paredes de acrílico e revestimento de gesso. Todavia, os modelos implementados para predição da erosão foram desenvolvidos para materiais metálicos. Neste contexto, a validação foi realizada com casos cujos materiais envolvidos são próprios para os modelos implementados. Após a validação, foram avaliadas as influências de modelos bifásicos, modelagem da turbulência, resolução de malha, presença de dipleg e correlações que modelam o impacto das partículas com as paredes na erosão. Verificou-se que a modelagem da turbulência e a resolução da malha computacional foram os fatores que mais influenciaram na predição da erosão dos casos estudados. Outro parâmetro importante é o fator de atrito, cujo valor altera significativamente a taxa de erosão. Observou-se que a interação entre fluido e partículas diminui a taxa de erosão, mesmo a baixas concentrações, assim como as colisões entre as partículas. Em geral, as regiões erodidas observadas nas simulações coincidem com as experimentais.Universidade Federal de UberlândiaBRPrograma de Pós-graduação em Engenharia MecânicaEngenhariasUFUSouza, Francisco José dehttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4703183Y4Silveira Neto, Aristeu dahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4781876D5&dataRevisao=nullFranco, Sinésio Domingueshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4786105Z3Meier, Henry Françahttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782278U4Martignoni, Waldir Pedrohttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4707660P9Martins, Diego Alves de Moro2016-06-22T18:39:50Z2016-03-292016-06-22T18:39:50Z2016-03-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfapplication/pdfMARTINS, Diego Alves de Moro. Implementation and evaluation of computational models for erosion prediction erosion in cyclone separators. 2016. 176 f. Tese (Doutorado em Engenharias) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2016. DOI https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.41https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/14775https://doi.org/10.14393/ufu.te.2016.41porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2020-09-16T22:31:32Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/14775Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2020-09-16T22:31:32Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false |
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