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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2008.tde-13062008-085727
Document
Author
Full name
Juliana Maria da Silva
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2008
Supervisor
Committee
Fontes, Sergio Rodrigues (President)
Ferreira, Valdemir Garcia
Hernandez Rodrigues, Oscar Mauricio
Navarro, Helio Aparecido
Silveira, Ana Maria da
Title in Portuguese
Modelagem numérica do escoamento num tubo permeável aplicada ao processo de filtração tangencial
Keywords in Portuguese
Filtração tangencial
Fluido não-Newtoniano
Membrana tubular
Modelagem matemática
Abstract in Portuguese
Estudos aplicados ao processo de filtração tangencial têm sido o objetivo de muitos trabalhos devido a sua ampla capacidade de adequação aos mais diversos processos industriais. Os mecanismos de transferência associados a esse processo envolvem basicamente o escoamento em tubos permeáveis (ou membranas) com fenômenos de transferência de massa presentes junto à superfície. Esta tese de doutorado apresenta uma modelagem numérica capaz de representar o escoamento de fluidos newtonianos e não-newtonianos em tubos permeáveis aplicada ao processo de filtração tangencial, para os regimes de escoamento laminar e turbulento. No regime turbulento, utilizou-se o modelo de comprimento de mistura de Prandtl. O modelo numérico envolveu as equações de conservação da massa, da quantidade de movimento e das espécies químicas, acopladas a adequadas condições de fronteira. Em particular, por se tratar de um modelo numérico, analisou-se a discretização dos termos convectivos por meio da implementação de três esquemas: WACEB, CUBISTA e QUICKEST adaptativo. Os resultados produzidos pela implementação dos esquemas convectivos foram analisados por meio de comparações com resultados analíticos e experimentais da literatura, para regimes de escoamento laminar e turbulento. De acordo com as comparações realizadas, o esquema QUICKEST adaptativo apresentou melhor desempenho na modelagem desse escoamento. Diversas simulações numéricas geraram resultados, os quais foram comparados com expressões analíticas e dados experimentais da literatura e com dados produzidos pelo laboratório do Núcleo de Engenharia Térmica e Fluidos (NETeF) da USP São Carlos. Verificou-se, assim, que o modelo matemático produziu resultados compatíveis com o fenômeno estudado, tendo-se, portanto, uma ferramenta para descrição do problema convectivo mássico do escoamento em tubos permeáveis.
Title in English
Numerical modeling of the flow in permeable tube applied to the cross-flow filtration process
Keywords in English
Crossflow filtration
Mathematical modeling
Non-Newtonian fluid
Tubular membrane
Abstract in English
Studies applied to the crossflow filtration process have been the goal of several researches due to its large capacity for adaptation to the various industrial processes. The mechanism of transfer associated with this process basically involves fiows in permeable tubes (or membranes) with the phenomenon of mass transfer on the surface. This doctoral thesis presents a numerical modeling able to represent the fiow of Newtonian and non-Newtonian fiuids in permeable tubes applied to the process of crossflow filtration, in laminar and turbulent flow regimes. In the turbulent regime the Prandtl mixing length model was used. The numerical model involved the mass conservation, momentum conservation and mass transport equations coupled to the appropriate boundary conditions. In particular, as it is a numerical model, the discretization of convective terms was analyzed through the implementation of three schemes: WACEB, CUBISTA and adaptative QUICKEST. The results produced by the implementation of the convective schemes were analyzed through comparisons with experimental and analytical results from the literature, for laminar and turbulent flow regImes. According to the comparisons made, adaptative QUICKEST scheme showed the best performance in the modeling in this flow. Several numerical simulations generated results, which were compared with experimental data and analytical expressions of the literature and with data produced by the laboratory of the Center of Thermal Thermal and Fluids Engineering (NETeF) of the EESC- USP/São Cados. It was possible to verify, that the mathematical model produced results consistent with the phenomenon studied, and can be considered a tool for the description of the mass convective problem flow in permeavel tubes.
 
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Publishing Date
2008-06-24
 
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