Simulação computacional em openFOAM® de um leito fluidizado

Abstract

O principal objetivo deste trabalho consiste no desenvolvimento de simulação computacional de um leito fluidizado do tipo “Wurster” utilizando o OpenFOAM®, para a avaliação do comportamento hidrodinâmico de um conjunto de partículas contidas no interior do reator. As simulações computacionais produzidas têm uma importância fundamental na caracterização das condições de fluidização no interior do tubo de sucção, pois diminuem a instrumentação intrusiva, decorrente do processo experimental, assim como reduzem o trabalho laboratorial. O estudo computacional da fluidização aqui apresentado recorre à Teoria Cinética de Escoamentos Granulares, alicerçada numa abordagem Euleriana, onde tanto a fase sólida como a fase fluida são tratadas como domínios contínuos. Dois casos foram simulados: (i) escoamento sem partículas e (ii) escoamento com partículas. Das simulações sem partículas conclui-se que o escoamento é favorável ao movimento recirculatório das partículas, característico do equipamento “Wurster”. Nas simulações envolvendo partículas, é estudado o efeito de três caudais volúmicos de ar insuflado, assim como do coeficiente de restituição das partículas. Concluise que o caudal mais elevado (300 m3/h) é aquele que promove melhores condições à fluidização e que o coeficiente de restituição afeta, de forma significativa, os resultados obtidos.

The main objective of this work is the development of computational simulations of a fluidized bed using OpenFOAM, aiming the evaluation of particles' behaviour contained inside of a Wurster reactor. This type of computational simulations are of foremost importance for the characterization of the fluidization conditions, as such approach reduces the corresponding experimental work, frequently intrusive. The kinetic theory of granular flows is applied for the computational study, and an Eulerian approach is adopted where both solid and fluid phases are treated as continua media. Two cases are simulated: (i) flow without particles and (2) flow with particles. From the simulations without particles it is concluded that the flow field is favourable for the recirculation movement of particles, a characteristic of Wurster reactors. For the simulations where particles are taken into account, three flow rates were simulated, varying also the coefficient of restitution. Those results revealed that the best fluidization conditions are obtained for the higher flow rate (300 m3/h) tested. Additionally, it is observed that the coefficient of restitution affects significantly the results obtained. Keywords Fluidization, Wurster, OpenFOAM®, Computational Dynamics (CFD), Kinetic theory of granular flow (KTGF )F