Navegando por Assunto "Computacional fluid dynamics"

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Acesso aberto (Open Access)
Análise experimental e numérica da fluidização para aplicações industriais
(Universidade Federal do Pará, 2012-03) LOURENÇO, Reimar de Oliveira; MESQUITA, André Luiz Amarante; http://lattes.cnpq.br/1331279630816662; MACÊDO, Emanuel Negrão; http://lattes.cnpq.br/8718370108324505
Os leitos fluidizados gás-sólido possuem grande importância na indústria de processamento, em função de apresentar um bom efeito de mistura entre as fases, além de altas taxas de transferência de calor e massa, necessitando para isso baixo consumo de energia. Alguns exemplos típicos de aplicações industriais desse equipamento podem ser encontrados em processos que envolvem reações catalíticas, regeneração catalítica, ou ainda a combustão e gaseificação de carvão. O entendimento do comportamento fluidodinâmico deste equipamento é de fundamental importância para que o leito fluidizado possa ser adaptado a novas condições de uso. A literatura reporta diversos estudos com leito fluidizado, relatando variadas contribuições já incorporadas ao conhecimento da operação do mesmo. A ferramenta de CFD (Computational Fluid Dynamics) tem se mostrado uma boa alternativa para entendimento da operação deste equipamento. A utilização do modelo Euleriano granular multifásico juntamente com equações de conservação da massa, energia e movimento, para cada uma das fases presentes, tem gerado êxito quando aplicada a leitos fluidizados. De forma geral, este trabalho teve por objetivo estudar o comportamento do escoamento fluidodinâmico de esferas de vidro e alumina em um leito fluidizado convencional do tipo gás-sólido, variando os modelos de arraste de Gidaspow, Syamlal-O’Brien e Wen-Yu, bem como os modelos de turbulência K-e RSM. De forma mais específica, o trabalho buscou avaliar o comportamento fluidodinâmico das partículas no equipamento, através do monitoramento dos parâmetros fluidodinâmicos mais importantes, dentre os quais podemos destacar a velocidade de mínima fluidização do mesmo, a queda de pressão do equipamento na mínima fluidização, sua porosidade e a expansão do leito de partículas, também na mínima fluidização. Os testes experimentais foram comparados com simulações numéricas utilizando a ferramenta de CFD, onde se observou boa concordância dos resultados simulados frente aos resultados experimentais.
Acesso aberto (Open Access)
Estudo do comportamento hidrodinâmico de medidores de vazão de gás liquefeito de petróleo utilizado a teoria do elemento de pá com efeito de grade
(Universidade Federal do Pará, 2021-04-28) PEREIRA, Tiago Miranda; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; https://orcid.org/0000-0001-6440-4811
Medidores de vazão tipo turbina são amplamente utilizados na indústria para a apuração de quantidades de produtos líquidos movimentados, inclusive para fins comerciais, em razão de sua elevada precisão e ampla faixa de operação. O emprego de ferramentas de engenharia para a análise e o aprimoramento do desempenho de tais medidores oferece a possibilidade de contribuição do engenheiro à sociedade, promovendo qualidade nas aferições e minimizando distorções na cadeia de distribuição de granéis líquidos potencialmente prejudiciais aos consumidores. Usualmente, os medidores de vazão tipo turbina possuem várias pás, o que torna a determinação dos coeficientes de sustentação e arrasto ainda um desafio. Por isso, considerar o efeito de grade é de fato relevante, sem o qual a velocidade angular da turbina pode ser superestimada pela análise a partir da Teoria Elemento de Pá, método BET. Neste sentido, o presente trabalho propõe a aplicação do método BET na análise do comportamento hidrodinâmico de medidores tipo turbina aplicados à medição de vazão de Gás Liquefeito de Petróleo (GLP). O modelo proposto calcula a correção para o efeito de grade devido à solidez local ao longo do comprimento das pás da turbina, de forma a predizer com acurácia os coeficientes de sustentação e arrasto em cada seção da pá. Parâmetros operacionais do equipamento são obtidos a partir do modelo proposto e comparados com a performance de campo de um sistema de medição existente e em operação na indústria, para diversas condições ao longo da faixa de operação, revelando satisfatória coerência. Para a análise, é desenvolvido modelo de simulação através de técnicas de dinâmica dos fluidos computacional (CFD), que também é utilizado para a predição da susceptibilidade à cavitação nos medidores tipo turbina, tendo em vista a possibilidade de indicação de limites de operação dentro dos quais as condições de funcionamento se mantêm dentro das especificações. Como resultado, o estudo indica que o desempenho de medidores de vazão tipo turbina pode ser previsto pela estratégia de modelagem computacional proposta com base no modelo BET, e que os resultados de campo para velocidade angular e linearidade podem ser reproduzidos com precisão.
Acesso aberto (Open Access)
Otimização geométrica de pás de turbinas hidrocinéticas cavitantes sob efeito difusor
(Universidade Federal do Pará, 2022-11-22) PICANÇO, Hamilton Pessoa; VAZ, Jerson Rogério Pinheiro; http://lattes.cnpq.br/1623983294183975; https://orcid.org/0000-0001-6440-4811; LINS, Erb Ferreira; http://lattes.cnpq.br/5272283698536321; https://orcid.org/0000-0002-6643-5889
A tecnologia de difusores alocados em torno de rotores de turbinas hidrocinéticas objetiva melhorar a conversão da energia do fluido em potência mecânica, embora as pás de turbinas sob efeito difusor sejam suscetíveis à cavitação, o que pode comprometer o aumento da eficiência do sistema. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de modelo de otimização geométrica aplicado à pás de turbinas hidrocinéticas aumentadas por difusor. O modelo proposto leva em conta o possível surgimento de cavitação nas pás do rotor. A principal contribuição desta proposta de trabalho para o estado-da-arte é o desenvolvimento de um procedimento de otimização que considera os parâmetros da eficiência do difusor, ηd, e o empuxo no difusor, CT d, na formulação do problema. O modelo é baseado no Teoria do Elemento de Pá para a busca da geometria otimizada, resultante da distribuição das cordas e ângulos de torção que minimizem ou eliminem a ocorrência de cavitação. O critério do mínimo coeficiente de pressão é usado para avaliar a cavitação nas pás. Além disto, uma investigação por meio de Dinâmica dos Fluidos Computacional é conduzida para validar o modelo com base na formulação das Equações Médias de Navier-Stokes, usando o modelo κ-ω-SST de turbulência e o modelo de cavitação de Rayleigh-Plesset na geração de cavitação, conforme a produção de vapor de água nas pás. Tal metodologia foi aplicada no projeto de um rotor hidrocinético com diâmetro de 10m, potência nominal de 250 kW em uma corrente d’água de 2,5 m/s. Uma análise do modelo proposto com e sem difusor foi realizada a fim de avaliar a influência da cavitação em uma geometria otimizada em termos da distribuição de cordas e ângulos de torção ao longo da pá. Como resultado, verifica-se que a turbina hidrocinética aumentada por difusor dobra a ocorrência de cavitação quando comparada com a turbina sem difusor. Além disso, considerando o efeito do difusor, o modelo de otimização se mostra capaz de captar e permitir o ajuste da geometria das pás no sentido de remover a ocorrência de cavitação, sendo, portanto, uma boa alternativa para o projeto de turbinas hidrocinéticas com pás livres de cavitação.