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dc.contributor.authorBatista, Júnia Natália Mendes
dc.date.accessioned2021-06-08T10:13:43Z
dc.date.available2021-06-08T10:13:43Z
dc.date.issued2021-04-23
dc.identifier.citationBATISTA, Júnia Natália Mendes. Fluidodinâmica e transferência de calor em leitos de jorro visando a secagem de grãos de Sorgo: análise experimental e simulação numérica por CFD-DEM e TFM. 2021. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2021. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14346.*
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufscar.br/handle/ufscar/14346
dc.description.abstractSimulations of granular flows in spouted beds are carried out following two main approaches: two-fluid model (TFM) and CFD-DEM coupling (Computational Fluid Dynamics/Discrete Element Method). Moreover, the fluid dynamics of conical spouted beds with 3.20 mm grain sorghum were evaluated through experiments, TFM simulations (2D, and 3D), and CFD-DEM simulations. The gas-solid heat transfer was evaluated by experiments and through CFD-DEM simulations. To determine the input parameters of the CFD-DEM simulations, the direct measurement approach was used. Hence, devices were built to measure the restitution, static friction, and rolling friction coefficients to account for particle-particle and particle-wall interactions. First, the simulations were conducted from operational conditions, and experimental data to validate the model obtained from the literature. Subsequently, an experimental unit was constructed and fluid dynamic and heat transfer tests were performed. The simulations were conducted using the FLUENT® software. The geometries were built in DesignModeler and the computational grids generated in Meshing from the ANSYS® package, student version 19.1. With the experimental devices and employed methodologies, it was possible to obtain the material and interaction properties, which were essential to obtain satisfactory results in the CFD-DEM simulations. The behavior of the spouted bed was predicted with the CFD-DEM coupling, such as the transition stages from static bed to stable spouting conditions. In addition, the fluid dynamic characteristic curve was successfully simulated for both experimental units analyzed. For 2D and 3D TFM simulations, the pressure drop data as a function of air velocity (fluid dynamic characteristic curve) did not show the typical behavior of spouted bed. Through CFD-DEM simulations, the effect of six cone angles (28°, 30°, 45°, 60°, 75°, and 90°) on the spouted bed fluid dynamics was also evaluated, in order to determine the configuration that favors the drying process. Smaller cone angles provide better solids circulation with higher mass flow rate, and shorter cycle times. Consistent results were also verified for the heat transfer. After reaching the steady-state, there were no dead zones in the spouted bed, and the particles temperature was homogeneous, which is evidence of the efficient gas-solid contact with this drying equipment.eng
dc.description.sponsorshipConselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)por
dc.language.isoporpor
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlospor
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/*
dc.subjectLeito de jorropor
dc.subjectCFD-DEMpor
dc.subjectTFMpor
dc.subjectSpouted bedeng
dc.subjectComputational fluid dynamics/discrete element methodeng
dc.subjectTwo-fluid modeleng
dc.titleFluidodinâmica e transferência de calor em leitos de jorro visando a secagem de grãos de Sorgo: análise experimental e simulação numérica por CFD-DEM e TFMpor
dc.title.alternativeFluid dynamics and heat transfer in spouted beds for drying of Sorghum grains: experimental analysis and simulation by CFD-DEM and TFMeng
dc.typeTesepor
dc.contributor.advisor1Béttega, Rodrigo
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1379682125857376por
dc.description.resumoSimulações de escoamentos granulares em leitos de jorro são conduzidas seguindo duas principais abordagens: o modelo de dois fluidos (Two Fluid Model – TFM) e o acoplamento CFD-DEM (Computational Fluid Dynamics/Discrete Element Method). Neste trabalho, avaliou-se a fluidodinâmica de leitos de jorro cônico com grãos de sorgo de 3,20 mm de diâmetro médio através de experimentos, simulações TFM (2D e 3D) e simulações CFD-DEM. A transferência de calor gás-sólido foi avaliada por experimentos e através de simulações CFD-DEM. Para determinar os parâmetros de entrada das simulações CFD-DEM, empregou-se a metodologia de medição direta. Aparatos experimentais foram construídos para medir os coeficientes de restituição, atrito estático e atrito de rolamento, para as interações partícula-partícula e partícula-parede. Na etapa inicial do trabalho, as simulações foram conduzidas a partir de condições operacionais e dados experimentais para a validação do modelo obtidos da literatura. Posteriormente, uma unidade experimental foi desenvolvida e ensaios fluidodinâmicos e de transferência de calor foram realizados. As simulações foram conduzidas empregando o software FLUENT®. As geometrias foram construídas no DesignModeler e a malhas computacionais geradas no Meshing, pertencentes ao pacote ANSYS®, versão estudante 19.1. Através dos aparatos experimentais e das metodologias empregadas, obteve-se as propriedades do material e as propriedades de interação, as quais foram essenciais para a obtenção de resultados coerentes através das simulações CFD-DEM. O acoplamento CFD-DEM foi capaz de prever o comportamento do leito de jorro, sendo possível detectar as etapas de transição de leito estático até condições de jorro estável e assim simular a curva fluidodinâmica característica para ambas as unidades experimentais adotadas no trabalho. Para o TFM, tanto nas simulações 2D, quanto 3D, os dados de queda de pressão em função da velocidade de ar (curva fluidodinâmica característica) não apresentaram o comportamento típico de leito de jorro. Por meio de simulações CFD-DEM, avaliou-se, também, o efeito de seis ângulos da base cônica (28°, 30°, 45°, 60°, 75° e 90°) sobre o comportamento fluidodinâmico de um leito de jorro com grãos de sorgo, buscando determinar a configuração que favorecesse o processo de secagem. Os menores ângulos de base cônica apresentaram melhor circulação dos sólidos, com maior vazão mássica e menor tempo de ciclo. Em relação à transferência de calor, os resultados foram coerentes, tanto quantitativamente, quanto qualitativamente. Após alcançar o regime permanente, observou-se ausência de zonas mortas e homogeneidade da temperatura das partículas no interior do leito, relativo ao eficiente contato gás-sólido verificado em leito de jorro.por
dc.publisher.initialsUFSCarpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Engenharia Química - PPGEQpor
dc.subject.cnpqENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA::PROCESSOS INDUSTRIAIS DE ENGENHARIA QUIMICApor
dc.description.sponsorshipIdCNPq: 140760/2017-2por
dc.publisher.addressCâmpus São Carlospor
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8738610817154807por


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