Simulação computacional do escoamento gás-sólido de um leito fluidizado circulante

• Autor(a) principal: Machado, Vitor Otávio Ochoski
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Dissertação
• Idioma: por
• Título da fonte: Repositório Institucional da UTFPR (da Universidade Tecnológica Federal do Paraná (RIUT))
• Texto Completo: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/4362
• topic: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA; Fluidização; Fluidodinâmica computacional; Gás - Escoamento; Fluidization; Computational fluid dynamics; Gas flow; Engenharia Mecânica

A tecnologia de leito fluidizado circulante (LFC) encontra-se em contínua expansão no mundo, sendo utilizada com reconhecido sucesso na produção de energia térmica e elétrica, na indústria petroquímica e de mineração. O estudo das características fluidodinâmicas do escoamento multifásico desenvolvido no interior de um sistema de LFC, principalmente por intermédio de ferramentas de fluidodinâmica computacional, tem se mostrado um meio eficaz para identificar potenciais melhorias relacionadas ao projeto de componentes e estabelecer as condições operacionais mais adequadas em aplicações específicas. Mesmo sendo foco de muitas pesquisas, percebe-se a existência de lacunas na modelagem integrada dos sistemas de LFC, isto é, com todos os seus componentes interligados em operação simultânea. Neste sentido, não há claridade na descrição do regime friccional das partículas, na avaliação das interações entre a fase sólida e as paredes, e na análise dos efeitos produzidos por escolhas nas condições de contorno das válvulas de recirculação do tipo loop-seal, usualmente simplificadas na literatura. Assim, visando contribuir para a compreensão do escoamento gás-partícula em unidades de LFC, este trabalho investiga, via método dos volumes finitos e por intermédio do programa computacional ANSYS® Fluent® v. 18.0, a influência da modelagem matemática, e da escolha de condições de contorno e operacionais, sobre a fluidodinâmica de um sistema de LFC com todos os seus componentes. Os principais resultados obtidos mostraram que o modelo de regime friccional de Johnson e Jackson, de 1987, associado ao valor de fração volumétrica crítica de sólidos igual a 0,61, representou melhor o comportamento fluidodinâmico do circuito, quando comparado com o modelo de Schaeffer, de 1987, especialmente na válvula loop-seal, onde o leito de partículas é muito denso. Dos modelos de arrasto testados, o de Syamlal-O’Brien, de 1989, parametrizado para condições de mínima fluidização, foi o que reproduziu de forma mais coerente o fenômeno do arrasto; todavia, vale-se ressaltar que todos os modelos testados superestimaram a interação entre as fases. O coeficiente de especularidade mais próximo de 0 gerou melhores resultados do que o usualmente empregado em simulações de sistemas integrados de LFC, sendo esse 0,6. Adicionalmente, os modelos se mostraram sensíveis às mudanças nas condições de contorno testadas. Por fim, percebeu-se que a metodologia de investigação adotada, que consistiu não só da verificação dos resultados do ponto de vista quantitativo, mas também qualitativo, foi imprescindível para a identificação das configurações computacionais que representassem de forma mais coerente a física do problema do escoamento gás-sólido no interior dos sistemas de LFC.