Orientador: Marcelo Cristianini / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-13T10:42:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Augusto_PedroEstevesDuarte_M.pdf: 2374617 bytes, checksum: 51b7576f4277bc0fdae47e5122fc60fd (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: A crescente busca por alimentos mais seguros e de melhor qualidade nutricional e sensorial cria a necessidade de melhor entendimento dos processos envolvidos na produção dos mesmos. O tratamento térmico é um dos métodos mais utilizados na conservação de alimentos, sendo o processamento dentro da embalagem um dos mais seguros. A utilização de modelamento matemático da transferência de calor na avaliação de tratamentos térmicos vem se mostrando uma poderosa ferramenta na garantia da segurança sem comprometimento da qualidade nutricional e sensorial dos alimentos. A fluidodinâmica computacional (CFD) vem sendo utilizada em diversos trabalhos para melhor entendimento de processos térmicos de alimentos líquidos. Entretanto, a falta de consistência e uniformidade nas modelagens, aliadas as raras avaliações experimentais das simulações, criam a necessidade de avaliações entre metodologias utilizadas e validações criteriosas. O presente trabalho estudou a transferência de calor durante tratamentos térmicos de alimentos líquidos embalados em garrafas comerciais através de modelagem matemática por CFD. Determinou-se o coeficiente convectivo de transferência de calor (h) para duas garrafas comerciais em um sistema de aquecimento e um de resfriamento em imersão em água. Observou-se que mesmo pequenas diferenças entre geometrias de embalagens resultaram em considerável diferença nos valores de h entre embalagens e sistemas, reforçando a necessidade de avaliação dessa propriedade para cada processo real estudado. Avaliou-se quatro metodologias utilizadas nos trabalhos de CFD para determinação das condições de contorno das simulações, observando-se que as que consideram perfis de temperatura superestimam o fluxo de calor trocado com o produto, podendo comprometer a segurança e conservação do mesmo. A metodologia que considera o fluxo de calor decorrente das condições de contorno h e perfil térmico do meio de aquecimento apresentaram boa concordância com os perfis térmicos experimentais, mostrando-se adequados à modelagem de processos térmicos de alimentos. Caracterizou-se reologicamente um alimento líquido modelo, podendo ser utilizado para simulação de sucos de frutas, assim como a inativação térmica de um microrganismo modelo em processos de pasteurização (Lactobacillus plantarum). Analisou-se as características do tratamento térmico de alimentos líquidos em duas embalagens comerciais, através de perfis de temperatura, velocidade, característica da região de aquecimento mais lento (RAML) e inativação microbiana. Os perfis de temperatura e velocidade obtidos nas simulações de CFD do processo térmico do alimento modelo utilizado se mostraram semelhantes aos reportados na literatura, sendo descritas as características do processo. A análise dos perfis de temperatura obtidos experimentalmente e através do modelo indicaram boa correlação das simulações de CFD, sugerindo a possibilidade de utilização dessa ferramenta para avaliação de perfis térmicos em processos térmicos de alimentos embalados. Entretanto, a análise de validação microbiológica indicou grande desvio entre os valores experimentais e obtidos pelo modelo, atribuído a baixa resistência térmica do microrganismo alvo utilizado nas condições de processo. Nesse caso, mesmo pequenos desvios entre as temperaturas experimentais e obtidas por CFD podem resultar em grande desvio na inativação microbiana final, sugerindo que a utilização de CFD na avaliação de tratamentos térmicos deve ser vista com cautela. Os resultados obtidos comprovam a necessidade de validação dos modelos obtidos através de avaliação de perfil térmico e inativação microbiológica / Abstract: The growing demand for safer and high-quality food products creates the need for better knowledge of the processes involved in food production. Thermal process is one of the safest and most frequently used methods for food preservation, in special when performed in the package. The mathematical modelling of heat transfer is a useful tool for designing safety process while minimizing nutritional and sensory drops. The computational fluid dynamics (CFD) have been widely used for better understand of liquid food thermal process. However, no consistency in the mathematical models built is observed, and just a very few works compare the CFD data with experimental ones. There is a need for the evaluation of the use of CFD for thermal process design. The present work has evaluated the heat transfer in in-package liquid food during thermal process, using mathematical modelling by CFD. The convective heat transfer coefficient (h) among two commercial bottles and a heat and a cooling system were determinated. It was observed that even small differences among packages and heat transfer system result in distinct coefficient and that it must be measured for the exact heat transfer system. Four methodologies were evaluated for the boundary conditions definition of the CFD simulations, based on the previous CFD works. The models that considered the temperature profiles as boundary condition, showed faster heating. By over-estimating the product heating rate, those models are not appropriated for the mathematical modelling of heat process, as it compromises the safety and preservation of food products. The model that considered the measured value of h and temperature profile of the water bath as boundary condition showed good agreement with experimental values, being appropriated for thermal process modelling. The rheological characteristics of a model liquid food was determinated, and the thermal resistance of Lactobacillus plantarum, a target microorganism in pasteurization processes, was evaluated in this model, which can be used as a fruit juice simulator. The thermal process of liquid foods was evaluated in two commercial bottles, using temperature, velocity, slowest heating zone (SHZ) and microbiological inactivation profiles. The temperature and velocity profiles were compatible with those described in CFD works. The thermal profile obtained by CFD shown good correlation with experimental values, suggesting that CFD can be used in thermal process temperature profiles evaluation. Although, the microbiological validation shown large deviation between the experimental values and obtained by the model, probably due the low thermal resistance of the studied microorganism. These results indicate that the CFD utilization in thermal process evaluation might be carefully seen, in especial when the microorganism thermal resistance is low in process conditions. In these situations, even small differences between CFD and experimental temperatures results in considerable microbial inactivation divergence. The results obtained in this work show the need for CFD models evaluation by thermal profile and microbiological inactivation / Mestrado / Mestre em Tecnologia de Alimentos

Orientador: José Roberto Nunhez / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T04:07:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlvarezCastro_HelverCrispiniano_M.pdf: 3784043 bytes, checksum: bc88cbde39ba881df9a43aee4f3ba52c (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: Este Trabalho tem por objetivo desenvolver um modelo de simulação dinâmica para um tanque de mistura de diesel de larga escala localizado na refinaria da Petrobras em Paulínia. O tanque é utilizado na área de produtos acabados médios da Petrobras. Neste sentido, o objetivo principal deste projeto inclui estimar o perfil de velocidade, tempo de mistura e a potência que o agitador requer para sua homogeneização, visando otimizar a operação destes tanques na Petrobras. O referido tanque de armazenamento e mistura de óleo diesel possui uma capacidade nominal de 24000 m3, o fluido possui densidade de 0,86 kg/ m3; O projeto do tanque esta baseado na norma API 650. Para a simulação utilizam-se técnicas baseadas em fluidodinâmica computacional (CFD). O método utilizado é o dos volumes finitos. Para atingir o objetivo proposto, utiliza-se o software comercial CFX versão 12.1. O software resolve numericamente as equações discretas de conservação de massa, momento e um modelo de turbulência associado ao modelo. O SST ( Shear Stress Transport Model ) é usado para se estimar a turbulência. A região do fluido é dividida em um grande número de volumes de controle, sendo construído um modelo de tanque equipado com uma entrada lateral de um misturador tipo naval . O modelo do impelidor foi fornecido pela PETROBRAS / Abstract: The aim of this work is the development of a computational model for large storage diesel mixing vessels. The tank studied is located at REPLAN (Refinery of Paulínia). This vessel is used for products with intermediate viscosity. It is intended to estimate velocity profiles, mixing time and energy consumption required for its homogenization, with a view to optimize its operation. This storage vessel has a nominal capacity of 24000 m3, the fluid has a specific mass of 0.86 kg/m3. The tank design follows the API 650 especifications. The model uses Computational Fluid Dynamics (CFD) techniques. It is based on the finite volume method. The commercial CFX 12.1 software was used to get the numerical data. This software solves numerically the discrete form of the mass, momentum and species conservation equations and the turbulence model associated to the general tank model. The SST ( shear Stress transport turbulence model ) is used to estimate the turbulence. The tank is divided into a great number of control volumes. The model of the vessel considers a lateral flow impeller (similar to a naval type impeller). The characteristics of the impeller was given by PETROBRAS / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: José Roberto Nunhez, Nicolas Spogis / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T06:34:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 CabralesNavarro_FredyAntonio_M.pdf: 2052593 bytes, checksum: d8d60c68b460ac2a2cd457e16a29e929 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: O processo de homogeneização de hidrocarbonetos em tanques de estocagem de grande escala equipados com impelidores de entrada lateral desempenha um papel importante na operação de uma refinaria, visto que a qualidade do produto final depende do desempenho deste processo. A Fluidodinâmica Computacional (CFD) é a técnica mais viável para avaliar e otimizar este processo, no qual o trabalho experimental é tecnicamente complicado e custoso. Neste trabalho, a técnica CFD é empregada para simular um tanque de estocagem de diesel a escala industrial com o uso do pacote comercial ANSYS CFX 13.0. A abordagem com múltiplos sistemas de referência (MFR) é empregada para modelar a movimentação do impelidor. Os efeitos turbulentos foram incorporados mediante o modelo de turbulência Shear Stress Transport (SST). Vários arranjos impelidor(es)/tanque obtidos variando o ângulo de deslocamento horizontal em relação à linha central do tanque são usados para avaliar a influência do número de impelidores e o seu posicionamento no desempenho do processo. Perfis hidrodinâmicos, consumos de potência, tempos de homogeneização e outros parâmetros relevantes para processos de mistura são utilizados para comparar os resultados. Baseando-se nos resultados das simulações, foi possível avaliar os diferentes cenários e determinar a condição mais apropriada para levar a cabo o processo. Considerando o consumo energético, a melhor configuração é utilizando um impelidor desviado 10 º e, levando em conta o tempo de homogeneização, o melhor arranjo é com três impelidores sem deslocamento. Adicionalmente, os prós e contras das alternativas foram discutidos e os resultados mais relevantes foram reportados / Abstract: The homogenization process of hydrocarbons in large scale storage tanks equipped with side-entry impellers plays an important role in a refinery operation, since the quality of the final products depends on the performance of this process. Computational Fluid Dynamics (CFD) is the most viable technique to evaluate and to optimize this process, as experimental work is technically complicated and expensive. In this work, the CFD technique is used to simulate an industrial diesel storage vessel using the commercial package ANSYS CFX 13.0. The Multiple Frames of Reference (MFR) approach is used to model the mixer movement. The turbulent effects are incorporated by means of the Shear Stress Transport (SST) turbulence model. Several impeller(s)/tank layouts obtained by varying the horizontal offset angle from the tank center line are used to assess the influence of the number of impellers and their positioning on the performance of the process. Hydrodynamic profiles, power consumptions, homogenization times and other relevant mixing parameters are also used to compare the results. Based on the computer simulation results, it was possible to evaluate the different scenarios and to determine the most appropriate conditions to carry out the process. Considering the power consumption, one impeller deviated 10° is the configuration with the best performance and, using three impellers without deviation is the arrangement that gives the shortest mixing time. In addition, the pros-and-cons of the other alternatives are discussed and the most relevant findings are reported / Mestrado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Mestre em Engenharia Química

Orientadores: José Roberto Nunhez, Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-19T13:23:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_GabrielaCantarelli_D.pdf: 8625905 bytes, checksum: 794a296fe54b1d50d16cf187c232a454 (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O craqueamento catalítico fluido (FCC) é um dos processos de maior importância da indústria do refino de petróleo, já que converte as frações pesadas de baixo valor comercial provenientes de outros processos de refino, em produtos comercialmente mais importantes, como gasolina, GLP e diesel. Atualmente, com o aumento da demanda por combustíveis fósseis e a redução na extração de óleos convencionais, o aperfeiçoamento do processo de FCC tem se tornado essencial para as refinarias. Estudos empíricos sobre a dinâmica do escoamento em reatores industriais de FCC são raros, em parte devido às altas temperaturas e pressões presentes no interior desses reatores, o que dificulta a obtenção de dados, e em parte por causa da complexidade da operação, que envolve uma série de fenômenos simultâneos, como a vaporizacão da carga, reações heterogêneas, a expansão do leito devido ao craqueamento e a desativação das partículas de catalisador, por exemplo. Contudo, para que se possa melhorar a performance do processo, é necessário conhecer a dinâmica desse escoamento. Foi proposto então, neste estudo a simulação computacional de risers industriais de FCC, usando ferramentas de CFD. O nível de complexidade das simulações realizadas foi aumentado gradativamente e fenômenos como a adsorção das moléculas reagentes nos sítios ativos do catalisador e a vaporizacão da carga líquida, foram estudados separadamente, possibilitando a avaliação individual de sua influência sobre o processo em termos de variáveis globais. Para uma análise detalhada do escoamento, foram usados modelos tridimensionais e foram propostas configurações geométricas similares às encontradas em unidades típicas de FCC. Além disso, um estudo da sensibilidade das variáveis do escoamento ao uso de diferentes geometrias de saída para o reator foi realizado, tornando possível determinar as configurações que propiciam melhor rendimento para o processo. Em geral, os resultados fluidodinâmicos obtidos neste estudo ressaltam a importância da aplicação de modelos que representem os complexos fenômenos presentes no riser de FCC, já que estes influenciam consideravelmente as reações / Abstract: The fluid catalytic cracking (FCC) is one of the most important process in the oil refining industry. It converts heavy distillation fractions with low commercial value into lighter and valuable hydrocarbon products such as gasoline, diesel and LPG. With the increase in the fossil fuels demand and the reduction in the conventional oil extraction, the improvement of the FCC process has become essential for the refineries. Empirical studies on the dynamics of the flow in industrial FCC reactors are rarely found, partly due to high temperatures and pressures present in these reactors, which difficult the data obtaining, and in part because of the complexity of the operation, which involves several simultaneous phenomena, such as the feedstock vaporization, heterogeneous reactions, the bed expansion due to cracking and deactivation of the catalyst particles, for example. However, it is necessary to understand the flow in order to improve the performance of the process. Then, a numerical study of industrial FCC riser reactors using CFD tools was proposed in this work. The level of complexity of the simulations was increased gradually and phenomena such as the adsorption of reactant molecules in catalyst active sites and the vaporization of liquid feedstock, were studied individually, allowing the evaluation of each phenomena on the process. For a detailed analysis of the flow, three-dimensional models were used in these simulations and geometric configurations similar to those found in typical FCC units have been applied. Furthermore, a study of the sensitivity of the variables of the flow to the use of different geometries for the reactor outlet was developed, enabling the determination of the output configuration that provides a better yield for the process. Overall, the fluid dynamic results obtained in this study emphasize the importance of application of models that represent the complex phenomena present in the FCC riser, since they substantially influence the reactions / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Orientador: Marcos Akira d'Ávila / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecânica / Made available in DSpace on 2018-08-22T01:11:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_NicolaoCerqueira_M.pdf: 2608433 bytes, checksum: 1f09fc99d86a78b7861be6972463c29c (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: A eletrohidrodinâmica trata basicamente dos efeitos de um campo elétrico em meios contínuos. Um fluido sob o efeito de um campo elétrico tende a se deformar devido a uma força elétrica que age sobre ele. Essa força elétrica é consequência de alguns fatores que têm como base as próprias propriedades do fluido. Entre elas estão à condutividade elétrica (capacidade do fluido de ionizar-se ou de conduzir corrente elétrica) e a permissividade elétrica (capacidade do fluido de polarizar-se). Diversos processos que utilizam efeitos elétricos em fluidos foram desenvolvidos nas últimas décadas. O fato de estes processos envolverem uma alta complexidade de parâmetros faz com que seja consumido bastante tempo e material durante a fase de testes. Por esse motivo, as simulações numéricas passaram a ser uma boa alternativa para otimizar tais processos, além de aumentar o conhecimento sobre eles. Nesse contexto, no presente trabalho foi implementado um código numérico (solver) no pacote de CFD OpenFOAM baseado no modelo para fluidos pouco condutores (leaky dieletric model) no intuito de descrever escoamentos eletrohidrodinâmicos. Entre eles estão o efeito de um campo elétrico em uma gota condutora e o afinamento de um jato na saída de um tubo capilar. Eventualmente, em processos eletrohidrodinâmicos, são utilizados polímeros. Entretanto, não há na literatura muitos estudos sobre a simulação de escoamentos eletrohidrodinâmicos utilizando fluidos viscoelásticos. Assim, um segundo código foi implementado, baseado em um código já existente. Este é capaz de simular efeitos elétricos em fluidos viscoelásticos, utilizando a equação constitutiva de Giesekus como modelo viscoelástico. Os resultados obtidos para a deformação da gota condutora foram comparados com resultados analíticos para fluidos newtonianos e com observações experimentais para fluidos viscoelásticos. Para o caso do jato na saída de um tubo capilar, ambos os tipos de fluidos (newtonianos e viscoelásticos) foram comparados com resultados experimentais e teóricos / Abstract: Electrohydrodynamics deals basically on the effects of an electric field on a continuum media. A fluid under the effect of an electric field tends to deform due to an electric force that acts on it. This electric force is a consequence of some factors which are based on the fluid properties, including the electric conductivity (ability of the fluid to ionize or to conduct electrical current) and the permittivity (ability of the fluid to polarize). Many processes using electrical effects in fluids have been developed in recent decades. The fact that these processes involve a high complexity of parameters, it consumes time and materials during the test phase. For that reason, the numerical simulations start being a good alternative to optimize such processes, and also to increase the knowledge about them. In this context, on the present work was implemented a solver on the open CFD software OpenFOAM, based on the leaky dielectric model, in order to describe electrohydrodynamic flows. Among them, are the effect of an electric field on a conducting droplet and the thinning of a jet on the exit of a nozzle. Eventually, in electrohydrodynamic processes, polymers are used. However, there aren't many studies about electrohydrodynamic flow simulation using viscoelastic fluids. So, a second solver was made, based on another existing solver. This second solver is able to simulate electric effects on viscoelastc fluids, using the Giesekus model as a constitutive equation. The results of the deformation of a conducting droplet were compared to analytical results, for Newtonian fluids, and with experimental observations, for viscoelastic ones. As for the jet, both types of fluids, Newtonians and viscoelastics, were compared to experimental and theoretical results / Mestrado / Materiais e Processos de Fabricação / Mestre em Engenharia Mecânica

Interest in the use of heat pipe technology for heat recovery and energy saving in a vast range of engineering applications has been on the rise in recent years. Heat pipes are playing a more important role in many industrial applications, especially in increasing energy savings in commercial applications and improving the thermal performance of heat exchangers. Computational techniques play an important role in solving complex flow problems for a large number of engineering applications due to their universality, flexibility, accuracy and efficiency. However, up to now, computational studies on heat pipes are still at an early stage due to the complexity of multiphase flow characteristics and heat and mass transfer phase changes. Therefore, the main objective of this study is to develop a CFD modelling that includes the complex physical phenomena of both the heat transfer processes of evaporation and condensation and the mass transfer process of phase change during the pool boiling and film condensation. In this thesis, two novel numerical models were developed in ANSYS FLUENT. In the first, a two-dimensional CFD model was developed to visualise the two-phase flow and the evaporation, condensation and heat transfer phenomena during the operation of a wickless heat pipe, that otherwise could not be visualised by empirical or experimental work. An in-house code was developed using user-defined functions (UDFs) to enhance the ability of FLUENT to simulate the phase change occurring inside the heat pipe. Three different fluids, water, R134a and R404a, were selected as the working fluids of the investigated wickless heat pipe. The cooling system of the condenser section was simulated separately as a three-dimensional CFD model of a parallel-flow double pipe heat exchanger to model the heat transfer across the condenser section's heat exchanger and predict the heat transfer coefficients. The overall effective thermal resistance along with the temperature profile along the wickless heat pipe have been investigated. An experimental apparatus was built to carry out a thermal performance investigation on a typical wickless heat pipe for the purpose of validating the CFD simulation. A theoretical model based on empirical correlations was developed to predict the heat transfer thermal resistances in the evaporator and the condenser section. The second model was developed to combine the two-dimensional CFD simulation of the wickless heat pipe and the three-dimensional CFD simulation of the condenser section's heat exchanger to simulate the two-phase flow phenomena of boiling and condensation and the cooling system of the condenser section through a comprehensive three-dimensional CFD model of a wickless heat pipe. Two fluids, water and R134a, were selected as the working fluids of the investigated wickless heat pipe. This model was validated using a transparent glass wickless heat pipe to visualise the phenomena of pool boiling and comparing the results with the three-dimensional CFD flow visualisation. This study demonstrated that the proposed CFD models of a wickless heat pipe can successfully reproduce the complex physical phenomena of both the heat transfer process of evaporation and condensation and the mass transfer process of phase change during the pool boiling that takes place in the evaporator section and the filmwise condensation that takes place in the condenser section. The CFD simulation was successful in modelling and visualising the multiphase flow characteristics for water, R134a and R404a, emphasising the difference in pool boiling behaviour between these working fluids. The CFD simulation results were compared with experimental measurements, with good agreement obtained between predicted temperature profiles and experimental temperature data.

This PhD work was motivated by the CEA R&D program to provide solid technological basis for the use of Brayton power conversion system in Sodium-cooled Fast nuclear Reactors (SFRs). Multi-channel compact heat exchangers are necessary for the present application because of the low heat transfer capacity of the gas foreseen. In ASTRID project, a minimum size of Na channels section is required to avoid the plugging risk. However, this induces very low pressure losses in the bundle. Considering an additional inlet flow condition, a real risk of bad flow distribution remains. As a result, the thermal performance and thermal loading of the heat exchanger degrades due to it. The main goal of this work was to overcome the flow maldistribution problem by means of an innovative design of sodium distribution system (PATENT FR1657543), the development of a numerical strategy and the construction of an experimental database to validate all theoretical studies. The innovative sodium distribution system consists on an inlet header which tries to guide the evolution of the impinging jet flow while a system of bifurcating pre-distribution channels increases pressure drops in the bundle. Lateral communications between pre-distribution channels are introduced to further homogenize the flow. Two experimental facilities have been conceived to study the flow behavior in bifurcating channels and in the inlet header, respectively. At the same time, their effect on the flow distribution between channels is evaluated. The acquired PIV aerodynamic database allows to validate the numerical models and to prove the design basis for the proposed distribution system. Once having validated the CFD turbulence models and the strategy to study the flow maldistribution in the SGHE module, a decisive and trustworthy optimization of each component of the sodium distribution system has been performed. Finally, an optimal configuration has been proposed for the actual phase of ASTRID project.

Orientador: Milton Mori / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Química / Made available in DSpace on 2018-08-27T18:43:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SilvaJunior_JoaoLameuda_D.pdf: 4304757 bytes, checksum: 87ed8cbf9a1722317132a9054fbfd782 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: Nesta pesquisa investigou-se numericamente as características fluidodinâmicas de colunas de bolhas em leito de lama operando sob diferentes regimes de escoamento e concentrações de sólido particulado empregando a técnica CFD. A síntese de metanol em duas etapas (carbonilação e hidrogenação catalítica) também foi estudada numericamente em um reator em leito de lama. Na análise fluidodinâmica, o papel das interações entre as diferentes fases, a turbulência induzida pelas bolhas e o balanço populacional destas foram estudados. As predições das simulações foram validadas com dados experimentais obtidos da literatura. Na análise fluidodinâmica e cinética, os fenômenos de transferência de massa e de calor entre fases e as taxas das reações químicas foram avaliadas e os resultados foram comparados a dados experimentais de composição da fase líquida e de conversão do gás de síntese obtidos da literatura. As interações disperso-contínuo (arrastes gás-líquido e sólido-líquido) mostraram ser fundamentais na modelagem correta de sistemas trifásicos. As interações entre as fases dispersas (arraste gás-sólido e interação sólido-sólido) apresentaram influências significativas sob certas condições operacionais. O modelo de balanço populacional não-homogêneo promoveu bons resultados para a condição operacional estudada. A turbulência induzida pelas bolhas também demonstrou ser essencial na modelagem correta do escoamento de sistemas gás-líquido-sólido. Os modelos fluidodinâmicos com expressões cinéticas do tipo Langmuir-Hinshelwood para a síntese de metanol representaram bem o sistema reativo estudado. Em síntese, os modelos CFD propostos e simulados foram capazes de predizer o comportamento do escoamento de colunas de bolhas em leito de lama nas condições estudadas / Abstract: In the present work, numerical simulations using CFD were performed to study the fluid dynamic characteristics of a slurry bubble column operating under different flow regimes and particulate solid concentrations. The two-step methanol synthesis (carbonylation and catalytic hydrogenolysis) was also numerically investigated in a slurry bubble column reactor. In the fluid dynamic analysis, the role of phase interactions, bubble induced turbulence and population balance for bubbles were evaluated. The simulations were validated with experimental data from literature. In the fluid dynamic with chemical reactions analysis, mass and heat transfer between phases and reaction rates were evaluated and the results were compared with experimental data of liquid compositions and syngas conversion. Dispersed-continuous interactions (gas-liquid and solid-liquid drag forces) showed to be fundamental to model correctly three-phase systems. Dispersed-dispersed interactions (gas-solid drag force and solid-solid interactions) exhibited expressive influences under certain operating conditions. The inhomogeneous population balance model promoted good results for the operating conditions studied. Bubble induced turbulence is also an essential feature in the modelling of gas-liquid-solid systems. The fluid dynamic model with Langmuir-Hinshelwood-type rate expressions for the methanol synthesis represented well the reaction system studied. The proposed CFD models were capable to predict flow behaviour of slurry systems in the investigated operating conditions / Doutorado / Engenharia Química / Doutor em Engenharia Química

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(情報学) / 甲第23318号 / 情博第754号 / 新制||情||129(附属図書館) / 京都大学大学院情報学研究科社会情報学専攻 / (主査)教授 守屋 和幸, 教授 大手 信人, 教授 三田村 啓理 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Informatics / Kyoto University / DFAM

Master´s thesis deals with hydraulic optimisation of a hot blast gate valve. The valve must be cooled down, because of very high temperature that is exposed to. The existing cooling system is oversized and uneffective. This gave opportunity to create a brand new system, that would lower operating expenses. The first part of the thesis is dedicated to comparsion between both systems from the point of the total pressure loss. The second part of the thesis deals with hydraulic optimisation of the new system. Computations are modelled in CFD.