Estudo da dinâmica em sistemas gás-sólido através de simulação numérica usando partículas e volumes finitos

Resumo

A presente proposta de trabalho faz parte do corrente projeto de pesquisa do docente e tem com meta realizar um estudo teórico e desenvolver simulações numéricas envolvendo a dinâmica em sistemas gás-sólido. Entre as variadas aplicações dos escoamentos gás-sólido, pode-se citar: reatores de leito fluidizado (craqueadores catalíticos para conversão de frações pesadas de petróleo em gasolina), os combustores de leito fluidizado para geração de energia térmica e elétrica, secadores de leitos fluidizados, secadores de leitos vibro-fluidizado, na indústria farmacêutica os processos de escoamento podem promover a mistura de pós na fabricação de medicamentos, entre outras. Embora as reações químicas e os processos de transferência de calor influenciam diretamente as taxas de conversão dos reatores catalíticos e a eficiência térmica de instalações energéticas, estes e os sistemas granulares são altamente influenciados pelos processos hidrodinâmicos, os quais determinam a distribuição espacial das fases e espécies envolvidas. Como a hidrodinâmica é dominante nos processos de transporte de massa e energia em certas escalas temporais e espaciais, é imprescindível o seu estudo e compreensão. Ainda na atualidade a compreensão dos processos hidrodinâmicos básicos que acontecem em escoamentos multifásicos nas instalações industriais é incompleta e insuficiente. A proposta é a de usar um código fonte MFIX ("Multiphase Flow with Interphase eXchanges") de Syamlal et al. (Syamlal, M. Rogers, W. O'Brien, T. MFIX documentation: theory guide, Technical Note, DOE/METC-95/1013, 1993, www.mfix.org) escrito na linguagem de programação Fortran e colocá-lo para executar na forma seqüencial e paralela (SMP - "Symmetric Multiprocessing"), nesse último caso rodando em mais de um processador (como por exemplo, em um máquina vários núcleos). Os problemas a serem analisados serão: construção da curva de fluidização com a determinação da velocidade de mínima fluidização para partículas do grupo B Geldart (1973); construção do perfil de evolução de bolhas em leitos fluidizados borbulhantes com jato central; influência da vibração na fluidização; entre outros. Assim, com uso desse código pretende-se realizar simulações numéricas da dinâmica de leitos fluidizados usando as técnicas: Lagrangeana DEM (Discrete Element Method) baseada em partículas e Euleriana baseada na discretização do sistema em volumes finitos (modelo de dois fluidos, para o gás e o "sólido"). Os resultados obtidos com o código mfix serão comparados com dados numéricos e experimentais da literatura e os resultados obtidos com o estudo teórico serão implementados nesse código (mfix) para validação dos mesmos. (AU)