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Tese

Effects of inter particle friction on the meso-scale hydrodynamics of dense gas-solid fluidized flows (2018)

  • Authors:
  • Autor USP: NIAKI, SEYED REZA AMINI - EESC
  • Unidade: EESC
  • Sigla do Departamento: SEM
  • Subjects: ESCOAMENTO BIFÁSICO; FLUIDIZAÇÃO; FRICÇÃO DOS FLUÍDOS; HIDRODINÂMICA
  • Keywords: Interações partícula-partícula; Modelagem sub-malha; Simulação altamente resolvida
  • Language: Inglês
  • Abstract: Reatores de leito fluidizado de escoamento gás-sólido são largamente utilizados nas indústrias química e de energia, e o seu projeto e escalonamento são virtualmente empíricos, extremamente caros e demorados. Este cenário tem motivado o desenvolvimento de ferramentas teóricas alternativas, e a modelagem de dois fluidos, onde gás e particulado são ambos tratados com fases contínuas interpenetrantes, tem surgido como uma aproximação muito promissora. Devido aos grandes domínios a serem resolvidos em reatores de leito fluidizado de escala real, apenas aproximações de modelagem filtradas são viáveis, e modelos de fechamento tornam-se necessários para recuperar efeitos sub-malha que são filtrados pelas malhas numéricas grosseiras que são impostas devido as limitações computacionais. Estes modelos de fechamento, que em formulações hidrodinâmicas respondem principalmente por trocas de momentum filtradas entre fases e tensões filtradas e residuais nas fases, podem ser obtidos de resultados de simulações altamente resolvidas (SAR) realizadas em domínios de dimensões reduzidas sob malhas numéricas refinadas. Uma aproximação largamente praticada consiste na aplicação de modelagem de dois fluidos sob fechamentos definidos na micro-escala, genericamente conhecida como modelagem microscópica de dois fluidos. Esta aproximação inclui fechamentos microscópicos para tensões da fase sólida obtidos da teoria cinética dos escoamentos granulares (TCEG), que considera apenas efeitos cinéticos-colisionais, e é adequada para escoamentos diluídos. Por outro lado, a TCEG convencional não leva em conta efeitos de fricção interpartículas, e sua aplicação para condições densas de escoamento é bastante questionável. Neste trabalho aplica-se uma versão modificada da TCEG disponível na literatura que também leva em conta fricção interpartículas,e simulações altamente resolvidas são realizadas para condições de escoamentos densos visando avaliar os efeitos da fricção sobre os parâmetros filtrados relevantes (coeficiente de arrasto efetivo, tensões filtradas e residuais). Considera-se faixas de frações volumétricas de sólido e números de Reynolds do gás médios no domínio (condições de macro-escala) abrangendo escoamentos gás-sólido fluidizados densos desde suspensões até transporte pneumático. O código aberto MFIX é utilizado em todas as simulações, que foram executadas sobre domínios periódicos 2D para um único particulado monodisperso. Os resultados das SAR (i.e., campos de escoamento de meso-escala) foram filtrados sobre regiões compatíveis com tamanhos de malha praticados em simulações de grandes escalas, e os parâmetros filtrados relevantes de interesse são calculados e classificados por faixas de outros parâmetros filtrados tomados como variáveis independentes (fração volumétrica de sólido filtrada, velocidade de deslizamento filtrada, e energia cinética das flutuações de velocidade da fase sólida filtrada, que são referidos como marcadores). Os resultados mostram que os parâmetros filtrados relevantes de interesse são bem correlacionados com todos os marcadores, e também com todas as condições de macro-escala impostas. Por outro lado, a fricção interpartículas não mostrou efeitos significativos sobre qualquer parâmetro filtrado. Reconhece-se que este aspecto claramente requer investigações adicionais, notadamente com respeito à adequação dos marcadores que foram considerados para classificação dos resultados filtrados. O trabalho corrente é posto como uma contribuição para o desenvolvimento futuro de modelos de fechamento mais acurados para simulações de grandes escalas de escoamentos gás-sólido fluidizados
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 21.11.2018
    • Acesso à fonte
    How to cite
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    • ABNT

      NIAKI, Seyed Reza Amini. Effects of inter particle friction on the meso-scale hydrodynamics of dense gas-solid fluidized flows. 2018. Tese (Doutorado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2018. Disponível em: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-10122018-165927/. Acesso em: 28 fev. 2026.

    • APA

      Niaki, S. R. A. (2018). Effects of inter particle friction on the meso-scale hydrodynamics of dense gas-solid fluidized flows (Tese (Doutorado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-10122018-165927/

    • NLM

      Niaki SRA. Effects of inter particle friction on the meso-scale hydrodynamics of dense gas-solid fluidized flows [Internet]. 2018 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-10122018-165927/

    • Vancouver

      Niaki SRA. Effects of inter particle friction on the meso-scale hydrodynamics of dense gas-solid fluidized flows [Internet]. 2018 ;[citado 2026 fev. 28 ] Available from: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/18/18147/tde-10122018-165927/

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