Efeitos do número de Reynolds na hidrodinâmica de meso-escala de escoamentos gás-sólido fluidizados

• Main Author: Cussy, Norman Chavez
• Publication Date: 2017
• Format: Master thesis
• Language: por
• Source: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da USP
• Download full: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-08052024-172935/
• topic: escoamento gás-sólido; fluidização; fluidization; gas-solid flow; highly resolved simulation; modelagem de dois fiuidos; modelagem sub-malha; risers; risers; simulação altamente resolvida; sub-grid modeling; two-fluid modeling

Modelos de dois fluidos filtrados tem sido largamente utilizados para simulação de escoamentos gás-sólido em leitos fluidizados. Estes modelos requerem fechamentos para forças interativas de interface e tensões filtradas, os quais tem sido recentemente gerados a partir de resultados de simulações altamente resolvidas aplicando modelagem microscópica de dois fluidos. A simulação altamente resolvida usual é aplicada sobre domínios periódicos, onde o \"driving force\" do escoamento é provido por um gradiente axial de pressão imposto à fase gás através dos contornos, que é escolhido para exatamente compensar a gravidade atuando sobre a mistura gás-partícula média. Isso produz um escoamento particulado ascendente em regiões de baixas concentrações de sólido, e descendente em regiões de alta concentração de sólido, com números de Reynolds baixos e variando em faixa bastante restrita. Sob tais condições observa-se que o número de Reynolds não afeta significativamente parâmetros filtrados. No presente trabalho o efeito do número de Reynolds sobre parâmetros filtrados é avaliado sob condições de escoamento gás-sólido mais realistas. Os modelos de fechamento mais recentes para arrasto e tensões derivados de modelagem microscópica de dois fluidos tem sido formulados em função de tamanho de filtro, fração volumétrica de sólido filtrada, e velocidade de deslizamento filtrada (Milioli et al., 2013; Sarkar et al., 2016). Correlações tem sido propostas onde a fração volumétrica de sólido é usualmente referida como primeiro marcador, enquanto a velocidade de deslizamento é referida como segundo marcador. Através da imposição de números de Reynolds mais realistas ao escoamento, estes marcadores são revisados quanto a seus efeitos sobre parâmetros filtrados relevantes, e mostra-se que o próprio número de Reynolds apresenta-se como um marcador adicional a ser considerado. A fração de sólido média no domínio é também considerada como um possível marcador adicional. Neste trabalho investiga-se como o número de Reynolds médio do gás e a fração de sólido média no domínio afetam parâmetros relacionados a forças de interface entre fases filtradas, e relacionados a tensões filtradas e efetivas em ambas as fases. O presente interesse direciona-se para aplicações de leitos fluidizados circulantes, considerando-se particulado de elevado número de Stokes e frações de sólido médias no domínio dentro do regime de escoamento diluído típico de \"risers\". Experimentos computacionais foram desenvolvidos para faixas de frações de sólido e fluxos de gás cobrindo regimes de escoamento típicos de \"risers\". O código aberto MFIX é usado em todas as simulações. Como objetivo final busca-se prover novas evidencias que venham a contribuir para o desenvolvimento de modelos de fechamento mais realistas para modelos filtrados de dois fluidos para escoamento gás-sólido fluidizados