Cyclone separators are widely used in agricultural processing industries as air pollution abatement devices. The performance of cyclones is a function of the geometry of the cyclone, operating parameters, and the particle size distribution (PSD) of the entrained aerosol. Multiple models have been proposed to predict the performance of cyclones given different geometric proportions, but many of these models do not quantify changes in performance with changes in inlet velocity or cyclone diameter given fixed geometric proportions. The Texas A&M Cyclone Design (TCD) method is a simple method for designing cyclones based on an inlet design velocity. The TCD method specifies “ideal” inlet velocities of 975 ± 120 m/min (3200 ± 400 fpm) and 914 ± 120 m/min (3000 ± 400 fpm) for 1D3D and 2D2D cyclones, respectively. However, there is evidence that higher dust collection efficiencies may be obtained from cyclones using different inlet velocities than those specified as the “ideal” velocity. Furthermore, the TCD method assumes that cyclone performance is independent of cyclone diameter. The present research demonstrates that, for large particles, the collection efficiency of 15.24 cm (six inch) diameter 1D3D and 2D2D cyclones is similar for inlet velocities from 10.16 standard m/s (2000 fpm) up to the design velocity, with significantly lower pressure drop at lower inlet velocities, resulting in lower energy requirements. However, the performance of cyclones is a function of cyclone diameter. Using similar operating parameters, the collection efficiency of a 60.96 cm (24 inch) diameter 1D3D cyclone was significantly lower (α = 0.05) than that of a 15.24 and a 30.48 cm (6 and 12 inch) diameter cyclone, and the collection efficiency of a 91.44 cm (36 inch) cyclone was significantly lower (α = 0.05) than that of a 60.96 cm (24 inch) diameter cyclone. The results of this research suggests the need for a new mathematical model to predict the performance of cyclones.

El objetivo principal de esta tesis ha sido el estudio del modelado Euleriano-Lagrangiano (E-L) 3D-CFD como herramienta para el análisis de la dinámica y estructura del chorro Diesel en condiciones de inyección y ambientales similares a las que existen en un motor. Como hipótesis simplificativas se ha considerado el chorro libre (sin interacción con la pared de la cámara de combustión) e inerte. La investigación ha partido de una revisión de los procesos físicos que tienen lugar en el chorro desde la perspectiva del modelado E-L 3D-CFD. Esta revisión ha permitido en primera instancia identi¿car las características y limitaciones del planteamiento. Seguidamente, se ha desarrollado una metodología de análisis de la estructura del chorro simulado basándose en indicadores con contrastación experimental, fundamentalmente la penetración del chorro, así como de otros que han permitido describir de manera detallada la dinámica del flujo en el chorro. Empleando estos indicadores se han llevado a cabo estudios de sensibilidad del modelo a diferentes parámetros numéricos y de sub-modelos de turbulencia y de chorro. En base a ellos se ha definido una con¿guración numérica de referencia para las simulaciones posteriormente realizadas. Por otra parte, la inconsistencia del modelo E-L estándar en la zona cercana a la tobera, debido a la alta densidad de gotas que invalida diferentes hipótesis de partida, ha dado pie al desarrollo de un planteamiento que combina un modelo Euleriano-1D basado en la teoría del chorro gaseoso turbulento con el E-L 3D-CFD. De esta manera se ha podido mejorar los resultados de las simulaciones de chorro en dicha zona. Finalmente, la comparación con resultados experimentales de las simulaciones en diferentes condiciones con los modelos estándar 3D y 1D3D ha permitido evaluar el planteamiento propuesto en esta tesis y completar una descripción y análisis de la evolución del chorro Diese / Chávez Cobo, MDJ. (2013). Modelado CFD Euleriano-Lagrangiano del chorro diesel y evaluación de su combinación con modelos fenomenológicos y unidimensionales [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/32954 / TESIS