Efeito da turbulência da fase gás sobre a hidrodinâmica da fase sólida em modelagem Euler-Euler sub-malha de escoamentos gás-sólido rápidos

• Processo: 11/11278-4
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Pesquisa
• Data de Início da vigência: 01 de novembro de 2011
• Data de Término da vigência: 31 de outubro de 2012
• Área de conhecimento: Engenharias - Engenharia Química - Processos Industriais de Engenharia Química
• Pesquisador responsável: Christian Lea Coelho da Costa Milioli
• Beneficiário: Christian Lea Coelho da Costa Milioli
• Pesquisador Anfitrião: Sankaran Sundaresan
• Instituição Sede: Escola de Engenharia de São Carlos (EESC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
• Instituição Anfitriã: Princeton University, Estados Unidos
• Assunto(s): Escoamento multifásico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Escoamentos gás-sólido | Leitos fluidizados | Modelagem de dois fluidos | simulação sub-malha | Escoamentos multifásicos

Resumo

Os escoamentos gás-sólido rápidos dos reatores de leito fluidizado circulante são multifásicos, altamente heterogêneos, turbulentos, reativos e multi-escalas. Todas as escalas do escoamento interagem intensamente entre si, afetando imensamente todos os processos de transporte de massa e energia, e taxas de reação química. Estas características impõem modelos matemáticos refinados, fortemente baseados em mecânica dos fluidos computacional. Contudo, as capacidades de processamento computacional, atuais e em futuro previsível, estão aquém de permitir a solução de todas as escalas dos escoamentos. Então, realiza-se simulações de grandes escalas (SGE) em malhas numéricas grosseiras, as quais requerem modelos sub-malha para recuperar informações filtradas. Um procedimento comum para obtenção de modelos sub-malha consiste em realizar simulações sub-malha (SSM) aplicando formulações Euler-Euler (de dois fluídos) em domínios reduzidos sob condições de contorno periódicas. Esta linha de pesquisa vem sendo praticada na Universidade de Princeton desde os anos 90, sob o comando do Professor Sankaran Sundaresan. Em escoamentos gás-sólido as simulações SSM são ditas altamente resolvidas, pois aplica-se malhas numéricas refinadas o suficiente para capturar todas as escalas de tamanho de clusters que se desenvolvem. Isso, contudo, não ocorre para a fase gás, cujas escalas turbulentas inferiores são filtradas por descerem ordens de magnitude abaixo das resoluções de malha computacionalmente viáveis. A literatura mostra que a turbulência do gás pode, de fato, afetar a hidrodinâmica efetiva do movimento de particulados em escoamentos gás-sólido. A extensão em que isto ocorre é, contudo, questão que permanece em aberto. Nas simulações Euler-Euler sub-malha a turbulência do gás é usualmente desprezada. Neste projeto busca-se introduzir tal efeito através de modelagem adicional para a energia cinética turbulenta da fase gás. Pretende-se considerar uma equação conservativa de transporte adicional e fechamentos para a energia cinética turbulenta do gás; pretende-se implementá-los no código numérico Euler-Euler do software aberto MFIX; e pretende-se realizar experimentação computacional para estudo dos efeitos da turbulência do gás sobre o arrasto e sobre o comportamento hidrodinâmico efetivo da fase sólida. (AU)