Estudo numérico da hidrodinâmica de leitos fluidizados empregando modelo Euler-Euler

Abstract

Este trabalho possui como objetivo maior o desenvolvimento de simulações computacionais de um leito fluidizado do tipo borbulhante utilizando o software OpenFOAM®, para análise do comportamento hidrodinâmico da fase sólida. Simulações computacionais de fluidização possuem grande importância na caracterização deste fenômeno pois diminuem a instrumentação intrusiva, decorrente do processo experimental, assim como reduzem o trabalho laboratorial necessário para o desenvolvimento de projetos. Este estudo numérico da fluidização recorre à teoria cinética de escoamentos granulares, fundamentada em uma abordagem Euler-Euler, onde tanto a fase sólida como a fluida são tratadas como domínios contínuos. Neste trabalho foram avaliadas condições que reproduzem experimentos e simulações de Loha et al. (2014) e Jung et al. (2005) e, posteriormente, desenvolveu-se uma análise para encontrar o instante de tempo em que o regime se torna estatisticamente permanente. Durante a replicação dos resultados, observou-se uma solução satisfatória por parte do solver multiphaseEulerFoam, presente no OpenFOAM®, em comparação aos resultados experimentais. Também se encontrou um nítido rearranjo na distribuição da fração volumétrica, mediante a variação da vazão, apontando para uma possível mudança de comportamento estatístico característico das flutuações do leito borbulhante.

This work has as the main objective the development of computational simulations of a bubbling fluidized bed using the OpenFOAM® software, to analyze the hydrodynamic behavior of the solid phase. Computational fluidization simulations are of fundamental importance in the characterization of this phenomenon because they reduce the intrusive instrumentation, resulting from the experimental process, as well as reduce the laboratory work necessary for the development of projects. This numerical study of fluidization uses the kinetic theory of granular flows, based on Euler-Euler approach, where both the solid and fluid phases are treated as continuous domains. In this work, conditions that reproduce experiments and simulations by Loha et al. (2014) and Jung et al. (2005) and, subsequently, an analysis was developed to find the instant of time when the regime becomes statistically permanent. During the replication of the results, a satisfactory solution was observed by the multiphaseEulerFoam solver, present in OpenFOAM® compared to experimental results. A clear rearrangement was also found in the distribution of the volumetric fraction, by varying the flow, pointing to a possible change in the statistical behavior characteristic of fluctuations in the bubbling bed.