Micro fluidized beds : an experimental and numerical study on the effects of the inclination of a bidisperse bed
Henrique Barbosa de Oliveira
DISSERTAÇÃO
Inglês
T/UNICAMP OL4m
[Micro leitos fluidizados]
Campinas, SP : [s.n.], 2024.
1 recurso online (87 p.) : il., digital, arquivo PDF.
Orientador: Erick de Moraes Franklin
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP), Faculdade de Engenharia Mecânica
Resumo: Micro leitos fluidizados são basicamente suspensões de partículas sólidas por um escoamento ascendente em um tubo de escala milimétrica, com aplicações em processos industriais químicos e farmacêuticos envolvendo pós. Embora em muitas aplicações os leitos sejam polidispersos, trabalhos...
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Resumo: Micro leitos fluidizados são basicamente suspensões de partículas sólidas por um escoamento ascendente em um tubo de escala milimétrica, com aplicações em processos industriais químicos e farmacêuticos envolvendo pós. Embora em muitas aplicações os leitos sejam polidispersos, trabalhos anteriores consideraram principalmente leitos monodispersos alinhados na direção vertical. Entretanto, introduzir uma inclinação com relação à gravidade leva a diferentes padrões no leito e níveis de mistura, o que pode ser benéfico para algumas aplicações. Nesta dissertação, investiga-se o comportamento de micro leitos fluidizados por gás utilizando misturas bidispersas sob diferentes inclinações. Nos experimentos, leitos mono- e bidispersos são filmados com uma câmera rápida, e as imagens são processadas para obter medidas na escala do leito e dos grãos. Observa-se segregação mais pronunciada em leitos verticais, e ainda que a mistura de partículas varia não monotonicamente com a inclinação, com um máximo de mistura entre os ângulos de 30° a 45° com relação à gravidade. A camada de mistura se forma pela competição entre a separação cinética e a circulação local promovida pelo escoamento, o que é revelado calculando a média e flutuações das velocidades das partículas. Pior fluidização também é observada conforme o ângulo com a vertical aumenta, o que explica o comportamento não monotônico. Simulações numéricas são desenvolvidas com a técnica CFD-DEM para replicar os resultados experimentais, de modo a revelar mais informações sobre o escoamento. Esses resultados apresentam novas perspectivas sobre mistura e segregação em leitos polidispersos, o que pode ser explorado para processamento de pós em aplicações industriais. Parte dessa dissertação foi redigida com base em Oliveira e Franklin (2024)
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Abstract: Micro fluidized beds are basically suspensions of solid particles by an upward fluid flow in a millimeter-scale tube, with applications in chemical and pharmaceutical processes involving powders. Although in many applications beds are polydisperse, previous works considered mostly...
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Abstract: Micro fluidized beds are basically suspensions of solid particles by an upward fluid flow in a millimeter-scale tube, with applications in chemical and pharmaceutical processes involving powders. Although in many applications beds are polydisperse, previous works considered mostly monodisperse beds aligned in the vertical direction. However, introducing an inclination with respect to gravity leads to different bed patterns and mixing levels, which can be beneficial for some applications. In this MSc Thesis, the behavior of micro gas-solid beds using bidisperse mixtures under different inclinations is investigated. In the experiments, mono- and bidisperse beds are filmed with a high-speed camera, and the images are processed to obtain measurements at bed and grain scales. It is seen that the degree of segregation is larger for vertical beds, and also that mixing varies non-monotonically with inclination, with a maximum degree of mixing in angles between 30°-45° with respect to gravity. The mixing layer forms by the competition between kinetic sieving and local circulation promoted by the fluid flow, which is revealed by computing the mean and the fluctuations of the particles' velocities. Worse fluidization is also observed as the angle relative to the vertical increases, accounting then for the non-monotonic behavior. Numerical simulations are developed within the CFD-DEM framework to mimic the experiments, in this way more information about the fluid flow is revealed. These results bring new insights into mixing and segregation in polydisperse beds, which can be explored for processing powders in industry. Part of this MSc Thesis was written based on Oliveira and Franklin (2024)
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Micro fluidized beds : an experimental and numerical study on the effects of the inclination of a bidisperse bed
Henrique Barbosa de Oliveira
Micro fluidized beds : an experimental and numerical study on the effects of the inclination of a bidisperse bed
Henrique Barbosa de Oliveira