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dc.contributor.authorSouza, Amarílis Severino e
dc.date.accessioned2019-04-05T17:50:52Z
dc.date.available2019-04-05T17:50:52Z
dc.date.issued2019-02-27
dc.identifier.citationSOUZA, Amarílis Severino e. Avaliação por CFD da fluidodinâmica e da transferência de calor em leitos de jorro para diferentes ângulos da base cônica. 2019. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2019. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11193.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/11193
dc.description.abstractThe spouted bed is an equipment that provides fluid-particle contact due to the cyclic movement of solids in its interior, which results in high rates of heat and mass transfer between phases. The spouted bed is used in operations that require these features, such as drying of pastes and grains. The angle of the conical base is an important geometric factor that affects the transport phenomena in the bed. In the context of energy saving, studies involving the bed geometry may result in a more energy efficient operation. Therefore, the analysis of this parameter contributes to selection and design of spouted beds. Computational fluid dynamics (CFD) has the potential to improve the understanding of the fluid dynamic and thermal behavior of the bed. Accordingly, the objective of this work was to evaluate the influence of cone angle on the fluid dynamics and heat transfer of a spouted bed operating with sorghum particles using CFD and an Euler-Euler model. A 2D-axissimetric mesh was used. The hydrodynamic performance of each geometry was compared analyzing the solid phase circulation. The mass flow rate of the solid phase in the spout and the mean particle cycle time were used to evaluate the solids circulation rate for seven geometries with cone angles from 30° to 150° and different loads of solids. A method for obtaining the solid phase cycle time based on the Euler-Euler simulations was presented and validated. A factorial design was applied to the configurations which provided the greatest solids circulation, with evaluation of the effects of cone angle, solids load and inlet air velocity on particle circulation. The “short-circuiting” of the solid phase was evaluated using simulations in order to analyze the quality of particle circulation. The hydrodynamic model used was validated by comparison with experimental data from the literature and showed good agreement. The results of the simulations indicated that smaller cone angles and higher air inlet velocities favor the circulation of solids in spouted beds and can be used to improve the drying efficiency of sorghum in the equipment. Solids load and cone angle were the variables with the greatest effect on solids cycle time. The smaller cone angles presented higher solid flow rates in positions near the air inlet. The proposed CFD method for measurement of the particle cycle time could be applied to investigate solids circulation for other particles and spouted bed geometries. Heat transfer was simulated for the beds with cone angles of 30°, 45° and 60°, and the solid phase temperature and outlet air temperature were analyzed. A method to verify the energy balance in fluidized and spouted bed simulations was proposed. The importance of analyzing the input and output data of the simulator was discussed, emphasizing the verification of the physical consistency of the model.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rights.uriAcesso abertopor
dc.subjectLeito de jorropor
dc.subjectPlanejamento experimentalpor
dc.subjectCirculação de sólidospor
dc.subjectSecagempor
dc.subjectSorgopor
dc.subjectFluidodinâmica computacionalpor
dc.subjectSpouted bedeng
dc.subjectFactorial designeng
dc.subjectSolids circulationeng
dc.subjectDryingeng
dc.subjectSorghumeng
dc.subjectComputational fluid dynamicseng
dc.titleAvaliação por CFD da fluidodinâmica e da transferência de calor em leitos de jorro para diferentes ângulos da base cônicapor
dc.typeDissertaçãopor
dc.contributor.advisor1Béttega, Rodrigo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1379682125857376por
dc.description.resumoO leito de jorro é um equipamento de contato fluido-partícula que proporciona a movimentação cíclica dos sólidos em seu interior, que por sua vez é responsável por altas taxas de transferência de calor e de massa entre as fases. Devido a essa característica, pode ser utilizado em operações tais como a secagem de pastas e grãos. O ângulo da base cônica é um importante fator geométrico que afeta os fenômenos de transferência no leito. No contexto da economia de recursos energéticos, avanços no estudo da geometria deste equipamento podem resultar em operação energeticamente mais eficiente. A fluidodinâmica computacional (CFD) tem apresentado potencial para melhorar a compreensão do comportamento fluidodinâmico e térmico do leito. O objetivo deste trabalho foi avaliar por meio de abordagem CFD e modelo Euler-Euler a influência do ângulo de cone na fluidodinâmica e na transferência de calor em leitos de jorro operando com partículas de sorgo. Foi utilizada malha 2D, considerando a simetria axial do leito de jorro. O desempenho fluidodinâmico de cada geometria foi comparado com base nas análises da circulação da fase sólida. A vazão mássica da fase sólida no canal de jorro e o tempo médio de ciclo das partículas foram utilizados para avaliar a taxa de circulação de sólidos para sete geometrias com ângulos de cone de 30° a 150° e diferentes cargas de partículas. Foi proposto e validado um método para a obtenção do tempo de ciclo da fase sólida baseado nas simulações Euler-Euler. Aplicou-se planejamento fatorial para as configurações que proporcionaram a maior circulação de sólidos, com avaliação dos efeitos das variáveis ângulo de cone, carga de sólidos e velocidade de entrada de ar sobre a circulação das partículas. Por meio de simulações, foi avaliado o “curto-circuito” da fase sólida no canal de jorro e o efeito desse fenômeno na qualidade da circulação das partículas. O modelo fluidodinâmico utilizado foi validado por comparação com dados experimentais da literatura, apresentando boa concordância. Os resultados das simulações indicam que ângulos de cone menores e velocidades de entrada de ar maiores favorecem a circulação de sólidos em leitos de jorro e podem ser utilizados para melhorar a eficiência da secagem do sorgo no equipamento. A carga de sólidos e o ângulo de cone foram as variáveis com maior efeito sobre o tempo de ciclo dos sólidos. Os menores ângulos de cone apresentaram maiores vazões de sólidos em posições próximas ao bocal de entrada de ar. O método CFD proposto para medição do tempo de ciclo pode ser aplicado para investigar a circulação de sólidos para outras partículas e geometrias do leito de jorro. Foi simulada a transferência de calor para os leitos com ângulos de cone de 30°, 45° e 60°, sendo analisada a temperatura da fase sólida e a temperatura de saída do ar. Foi proposto um método para a verificação do balanço de energia em simulações de leitos móveis e ressaltada a importância da análise dos dados de entrada e saída do simulador, de modo a verificar a coerência física do modelo.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::OPERACOES INDUSTRIAIS E EQUIPAMENTOS PARA ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPQ: 131745/2017-4por
dc.description.sponsorshipIdCAPES: Código de Financiamento 001por
dc.ufscar.embargoOnlinepor
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/3433503573566379por


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