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Modelagem do escoamento gás-sólido em reatores de leito fluidizado circulante: proposição de correlações sub-malha via experimentação computacional

Resumo

Reatores de leito fluidizado circulante são largamente utilizados nas indústrias de energia e do petróleo. Nestas áreas, os usuais projeto e escalonamento através de plantas de demonstração exigem investimentos de centenas de milhões de dólares, justificando o continuado esforço da comunidade de pesquisa internacional na busca de modelos de simulação realistas. As taxas de reação nos reatores de leito fluidizado são imensamente afetadas pelos complexos padrões de escoamento gás-sólido que se desenvolvem. Os modelos de dois fluidos são atualmente considerados a alternativa mais prática para sua simulação. Modelos de dois fluidos de grandes escalas, incluindo correlações sub-malha realistas, acoplados a descrições reativas adequadas, são atualmente considerados a mais promissora, próxima geração de modelos para reatores de leito fluidizado. Há, contudo, muitas dificuldades a superar. Este projeto visa contribuir para o aperfeiçoamento dos modelos através do desenvolvimento de correlações sub-malha realistas. A inovação pretendida refere-se justamente ao caráter realista, já que o atual estado da arte apresenta apenas correlações obtidas para suspensões a baixas velocidades, enquanto os escoamentos de interesse ocorrem a altas velocidades. As técnicas experimentais correntes não permitem investigações sub-malha em escoamentos gás-sólido. As raras correlações sub-malha disponíveis na literatura foram geradas via experimentação computacional. Este é também o procedimento adotado neste projeto. As simulações desejadas exigem a aplicação de modelo multifásico heterogêneo, e malhas numéricas refinadas em domínio parcial com fronteiras periódicas. Esta configuração implica em custos computacionais elevadíssimos, requerendo processamento de alto desempenho. A infra-estrutura computacional necessária corresponde a maior parte dos recursos solicitados. (AU)

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