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Type: TESE DIGITAL
Title: Obtenção de correlações de Nusselt em reatores de tanque agitado através da fluidodinâmica computacional (CFD) = Obtaining Nusselt equations for stirred tank reactors with the use of computational fluid dynamics (CFD)
Title Alternative: Obtaining Nusselt equations for stirred tank reactors with the use of computational fluid dynamics (CFD)
Author: Jaimes Prada, Ronald, 1982-
Advisor: Nunhez, José Roberto, 1961-
Abstract: Resumo: Muitos processos químicos industriais necessitam de tanques de mistura com transferência de calor. Quando ocorre uma alta liberação de energia, camisas e serpentinas (helicoidais ou axiais) são usadas para promover uma transferência de calor mais eficiente. O principal problema associado às serpentinas helicoidais é que estas podem limitar o fluxo no interior do reator, pois fornecem resistência à circulação do fluido. Devido a complexidade do fluxo no interior desses equipamentos, correlações obtidas experimentalmente são necessárias para a obtenção do coeficiente de transferência de calor por convecção. No entanto, essas correlações além de serem utilizadas para determinada configuração geométrica, não descrevem detalhadamente a influência do escoamento na transferência de calor, pois fornecem valores médios do coeficiente de transferência de calor que impossibilitam uma melhora local no projeto desses internos. Esta pesquisa apresenta uma inovação: foi desenvolvido um modelo tridimensional com o uso da Fluidodinâmica Computacional (CFD) capaz de representar qualitativa e quantitativamente os fenômenos físicos envolvidos nesses sistemas. As predições das simulações foram validadas com dados experimentais obtidos da literatura. Resultados mostram uma forte dependência do refino próximo à superfície da serpentina helicoidal para uma precisão dos resultados computacionais de transferência de calor. Correlações do Número de Nusselt foram obtidas para duas diferentes configurações (uma convencional e outra modificada) apresentando um desvio médio de 10,7 % nos resultados. A remoção dos anéis que impedem a circulação do fluido na frente das pás do impelidor Rushton na geometria modificada proporcionou uma melhor circulação global do fluido. Entretanto, foi observado um menor coeficiente de transferência de calor global

Abstract: Many industrial processes require the use of stirred tanks with heat transfer. When a high amount of energy is transferred, jacket and coils (helical or axial) are used to provide a more efficient heat transfer. The main problem associated with helical coils is that they can restrict the flow within the reactor because they provide resistance to flow circulation. Due to the complexity of the flow within such equipment, experimental correlations are needed to obtain the convection heat transfer coefficient. However, these correlations are used for a given geometric configuration and besides they do not describe in detail the influence of the flow on the heat transfer because they provide mean values of heat transfer coefficient, which does not allow for a local improvement in the design of these internals. This work presents an innovation. A three-dimensional model has been developed with the use of Computational Fluid Dynamics (CFD) which is able to represent qualitatively and quantitatively the physical phenomena involved in these systems. The predictions of the simulations were validated with experimental data from the literature. Results show that mesh refinement around the coils surface has a strong influence on the heat transfer prediction and hence on the final film coefficient prediction. Nusselt Number Correlations were obtained for two different configurations (one conventional and the other one modified) with an average deviation on the results of about 10.7 %. The removal of the coil ring in front of the blades of the Rushton impeller improved overall fluid flow circulation. However, a lower overall heat transfer coefficient was observed
Subject: Calor - Coeficiente de transferencia
Reatores químicos
Mistura (Quimica)
Fluidodinâmica computacional (CFD)
Escoamento turbulento
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEQ - Dissertação e Tese

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