Orientador: Guilherme José de Castilho

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

Resumo: Um dos maiores desafios relacionados aos tanques de mistura é a troca de calor. Diversos estudos têm sido desenvolvidos para obter correlações do número de Nusselt que represente o coeficiente de transferência de calor por convecção nestes equipamentos. Esta correlação é geralmente obtida...

Resumo: Um dos maiores desafios relacionados aos tanques de mistura é a troca de calor. Diversos estudos têm sido desenvolvidos para obter correlações do número de Nusselt que represente o coeficiente de transferência de calor por convecção nestes equipamentos. Esta correlação é geralmente obtida por métodos experimentais e é válida apenas para um conjunto de condições específicas. Os estudos experimentais permitem a análise de diferentes aspectos e parâmetros gerando um cenário exato e de fácil compreensão do fenômeno. No entanto, são demorados, caros e demandam uma grande variedade de equipamentos para obter os resultados. A fluidodinâmica computacional (CFD) é uma alternativa que proporciona resultados mais rápidos, mais claros e de baixo custo e, também, permite obter um amplo conhecimento de todos os fenômenos que ocorrem dentro do tanque como os padrões de fluxo e de transferência de calor. Nesta pesquisa, a fluidodinâmica computacional (CFD) foi aplicada para a determinação de uma correlação de número de Nusselt em um tanque de mistura jaquetado equipado com um impelidor tipo Rushton. Para a simulação dos fenômenos envolvidos no processo de agitação, a geometria do tanque foi construída utilizando malha hexaédrica e abordagem Multiple Reference Frame (MRF). O modelo de turbulência Shear Stress Trasport (SST) e o esquema de discretização Upwind foram empregados para solucionar as equações de conservação e obter resultados precisos. Como a validação é essencial para a modelagem CFD, os resultados simulados foram comparados com medidas experimentais reportadas por Strek (1963). A correlação do número de Nusselt obtida a partir do modelo simulado concorda com os dados experimentais fornecendo uma representação precisa da transferência de calor no tanque

Abstract: One of the biggest challenges related to mixing tanks is the heat exchange. Several studies have been developed to obtain Nusselt number correlations that represent the heat transfer coefficient by convection. This correlation is usually obtained by experimental methods and is valid only...

Abstract: One of the biggest challenges related to mixing tanks is the heat exchange. Several studies have been developed to obtain Nusselt number correlations that represent the heat transfer coefficient by convection. This correlation is usually obtained by experimental methods and is valid only for a set of specific conditions. The experimental studies allow the analysis of different aspects and parameters giving an accurate scenario and easy understanding of the phenomenon. However, it is time consuming, expensive and demands a wide variety of equipment to get the results. Computational Fluid Dynamics (CFD) is an alternative that delivers faster, clearer, lower-cost results, and provides broad understanding of all phenomena occurring inside the tank such as flow and heat transfer patterns. In this research, Computational Fluid Dynamics (CFD) was applied for the determination a Nusselt number correlation in a jacketed stirred tank equipped with Rushton turbine impeller. For the simulation of the phenomena involved in the stirring process, the tank geometry was constructed using hexahedral mesh and Multiple Reference Frame approach (MRF). The Shear Stress Transport k- turbulence model and the Upwind discretization scheme were employed to solve conservation equations and to obtain accurate results. Since a model validation is essential for CFD modeling, the simulated results were compared with experimental measures reported by Strek (1963). The Nusselt number correlation obtained from the simulated model satisfactorily agrees with the experimental data providing an accurate representation of the heat transfer in the tank

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