Orientadores: Milton Mori, Marcos Akira D'Ávila

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química

Resumo: Esta pesquisa tem por objetivo avaliar os resultados numéricos por Fluidodinâmica Computacional (CFD) e experimentais pela técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula (PIV) e a técnica de Shadow Imaging em uma coluna de bolhas de 1m de altura, 14,5 cm de diâmetro com um distribuidor de...

Resumo: Esta pesquisa tem por objetivo avaliar os resultados numéricos por Fluidodinâmica Computacional (CFD) e experimentais pela técnica de Velocimetria por Imagem de Partícula (PIV) e a técnica de Shadow Imaging em uma coluna de bolhas de 1m de altura, 14,5 cm de diâmetro com um distribuidor de gás de 5 furos de 1 mm de diâmetro cada. O sistema estudado foi o sistema bifásico água-ar. O estudo foi realizado no regime homogêneo de operação para as velocidades superficiais de gás de 0,3 cm/s, 0,5 cm/s e 0,7 cm/s. Os experimentos de PIV e shadow imaging foram realizados nas mesmas condições operacionais. Para uma boa representação do escoamento pela técnica de PIV foi necessário o tratamento de 2500 fotos para as velocidades mais baixas e 3500 fotos para a velocidade mais alta. Para a técnica de shadow imaging foi necessário o tratamento de 2000 fotos para a determinação do diâmetro médio das bolhas. Nos testes numéricos foram avaliados dois modelos de arraste, o de Ishii-Zuber (1979) e o de Zhang-Vanderheyden (2002), para a turbulência foi utilizado o modelo k-?, e o diâmetro de bolha utilizado foi o obtido experimentalmente pela técnica de shadow imaging. Perfis de velocidade média axial de líquido obtidos experimentalmente foram comparados com os dados numéricos. Análises dos tensores de Reynolds, energia cinética turbulenta e intensidade turbulenta também foram avaliados. Para a velocidade de 0,3 cm/s e 0,5 cm/s ambos os modelos de arraste representaram bem o escoamento. Para a velocidade de 0,7 cm/s o modelo de arraste de Zhang-Vanderheyden representou melhor o escoamento

Abstract: This research aims to evaluate the numerical results from Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and experimental results obtained using Particle Image Velocimetry (PIV) and Shadow Imaging in a bubble column of 1m height, diameter of 14,5cm with a gas distributor with 5 holes of 1...

Abstract: This research aims to evaluate the numerical results from Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations and experimental results obtained using Particle Image Velocimetry (PIV) and Shadow Imaging in a bubble column of 1m height, diameter of 14,5cm with a gas distributor with 5 holes of 1 mm diameter each one. The system studied was water-air. The study was performed in homogeneous operation regime for the superficial gas velocity of 0.3 cm/s, 0.5 cm/s and 0.7 cm/s. The PIV and shadow imaging experiments were performed under the same operation conditions. For a good flow representation of PIV data it was necessary to treat 2500 photos to the low superficial gas velocities and 3500 photos to the highest superficial gas velocity. For the shadow imaging technique it was necessary to treat 2000 photos for determining the bubble diameters. In the numerical tests two drag models were evaluated: Ishii-Zuber (1979) and Zhang-Vanderheyden (2002); for turbulence the k-? model was used and the bubble diameter used in the simulations was obtained experimentally by the shadow imaging technique. Average axial velocity profiles of fluid obtained experimentally were compared with numerical results. Analysis of Reynolds tensor, turbulent kinetic energy and turbulent intensity were also evaluated. For superficial gas velocities of 0,3 cm/s and 0,5 cm/s both drag models show good agreement with experimental data. For superficial gas velocities of 0,7 cm/s Zhang-Vanderheyden drag model showed better agreement with experimental data