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

• Processo: 10/19769-4
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de maio de 2011
• Data de Término da vigência: 30 de junho de 2013
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica
• Pesquisador responsável: Helio Aparecido Navarro
• Beneficiário: Helio Aparecido Navarro
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Município da Instituição Sede: São Carlos
• Assunto(s): Simulação numérica Métodos numéricos Leito fluidificado
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: dinâmica de sistemas gás-sólido | Leito Fluidizado Borbulhante | Simulação Numérica | Métodos Numéricos

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)

Publicações científicas

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(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)

NAVARRO, HELIO A.; DE SOUZA BRAUN, MEIRE P.. Determination of the normal spring stiffness coefficient in the linear spring-dashpot contact model of discrete element method. Powder Technology, v. 246, p. 707-722, SEP 2013. (10/19769-4, 12/03468-0)

CASERTA, ALICE JORDAM; NAVARRO, HELIO A.; CABEZAS-GOMEZ, LUBEN. Damping coefficient and contact duration relations for continuous nonlinear spring-dashpot contact model in DEM. Powder Technology, v. 302, p. 462-479, NOV 2016. (10/19769-4, 12/03468-0)

MINETO, ANDREZA TANGERINO; DE SOUZA BRAUN, MEIRE PEREIRA; NAVARRO, HELIO APARECIDO; CABEZAS-GOMEZ, LUBEN. Influence of the Granular Temperature in the Numerical Simulation of Gas-Solid Flow in a Bubbling Fluidized Bed. Chemical Engineering Communications, v. 201, n. 8, p. 1003-1020, AUG 3 2014. (10/19769-4, 12/03468-0)

CORREA, L.; LIMA, G. A. B.; CANDEZANO, M. A. C.; BRAUN, M. P. S.; OISHI, C. M.; NAVARRO, H. A.; FERREIRA, V. G.. A C-2-continuous high-resolution upwind convection scheme. International Journal for Numerical Methods in Fluids, v. 72, n. 12, p. 1263-1285, AUG 30 2013. (10/19769-4, 12/03468-0, 09/16954-8, 10/16865-2, 09/15892-9)