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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.18.2013.tde-16092013-160059
Document
Author
Full name
Meire Pereira de Souza Braun
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Carlos, 2013
Supervisor
Committee
Navarro, Helio Aparecido (President)
Milioli, Fernando Eduardo
Nicoletti, Rodrigo
Palma, Geraldo Luiz
Rubert, José Benaque
Title in Portuguese
Modelagem do particulado em sistemas gás-sólido utilizando o modelo de dois fluidos e o método dos elementos discretos
Keywords in Portuguese
Forças de contato
Método dos elementos discretos
Modelo da esfera suave
Modelo de dois fluidos
Sistemas gás-sólido
Teoria cinética dos escoamentos granulares
Abstract in Portuguese
A presente pesquisa tem como objetivo realizar um estudo teórico e desenvolver simulações computacionais envolvendo a dinâmica de sistemas gás-sólido. O foco principal do trabalho é a modelagem do particulado através da análise das forças de contato entre partículas de materiais granulares utilizando modelos contínuos baseados na mecânica dos solos e na teoria cinética dos escoamentos granulares (sistemas grandes com muitas partículas, formulação Euleriana - Volumes Finitos) e modelos discretos baseados nas características físicas dos materiais (sistemas intermediários e número limitado de partículas, formulação Lagrangeana - Método dos Elementos Discretos). Investigam-se os modelos existentes na literatura com intuito de melhorar os modelos contínuos e discretos baseados na interação entre as partículas que caracterizam a dinâmica do particulado em sistemas gás-sólido. Propõe-se uma nova abordagem para a determinação do coeficiente de rigidez da mola baseada em uma equivalência entre os modelos lineares e não-lineares. Utiliza-se o código fonte MFIX para realizar simulações computacionais da dinâmica de sistemas gás-sólido, analisando o processo de fluidização, mistura e segregação de partículas, influência das correlações de arrasto, e análise das forças de contato entre as partículas através do novo método para a determinação do coeficiente de rigidez da mola . Os resultados obtidos são comparados com dados numéricos e experimentais da literatura.
Title in English
Study of the dynamic in gas-solid systems using the two-fluid model and the Discrete Element Method
Keywords in English
Contact forces
Discrete element method
Dynamic of gas-solid systems
Kinetic theory of granular flows
Soft-sphere model
Two-fluid model
Abstract in English
The purpose of the present study is to perform a theoretical study and develop numerical simulations involving dynamic in gas-solid systems. The focus of the work is the modeling of particulate matter using continuous models based on soil mechanics and the kinetic theory of granular flows (large systems with many particles, Eulerian formulation - Finite Volume) and discrete models based on physical characteristics of the particles (intermediate systems and limited number of particles, Lagrangian formulation - Discrete Element Method). It is proposed a new approach to determine the normal spring stiffness coefficient of the linear model through the numerical solution for the overlap between particles in non-linear models. The linear spring stiffness is determined using an equivalence between the linear and the non-linear models. It is used the MFIX computational code to perform numerical simulations of the dynamics of gas-solid systems. It is analyzed the processes of fluidization, mixing and particle segregation and the influence of drag correlations. The proposed approach for normal spring stiffness coefficient is applied in the numerical simulations of two problems: single freely falling particle and bubbling fluidized bed. The results were compared with numerical and experimental data from literature.
 
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MeireBraun.pdf (15.85 Mbytes)
Publishing Date
2013-09-17
 
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