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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16311| Título: | Simulação computacional da transferência de calor no escoamento anular de água aquecida por trocador de calor de leito fluidizado borbulhante |
| Título(s) alternativo(s): | Computational simulation of water annular flow heat transfer heated by a bubbling fluidized bed heat exchanger |
| Autor(es): | Paes, Renato Marcon |
| Orientador(es): | Behainne, Jhon Jairo Ramirez |
| Palavras-chave: | Simulação (Computadores) Meios de transferência de calor Fluidização Gás - Escoamento Computer simulation Heat-transfer media Fluidization Gas flow |
| Data do documento: | 5-Abr-2019 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Ponta Grossa |
| Citação: | PAES, Renato Marcon. Simulação computacional da transferência de calor no escoamento anular de água aquecida por trocador de calor de leito fluidizado borbulhante. 2019. 53 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Mecânica) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Ponta Grossa, 2019. |
| Resumo: | Leitos fluidizados são utilizados nas mais diversas aplicações, dentre estas, na secagem de sólidos, no revestimento de partículas, na quebra catalítica e também para a recuperação de energia térmica. O comportamento de um sistema gás-sólido assemelha-se ao de um fluido, e a transferência de calor entre o leito e um objeto em contato é expressivamente maior quando comparada com o mesmo sistema na ausência das partículas sólidas. Neste trabalho são comparados, a partir de condições de contorno reais, resultados de testes experimentais da transferência de calor na região de escoamento anular de um trocador de leito fluidizado tipo jaqueta com os obtidos em simulações computacionais utilizando o aplicativo Ansys AIM Student. Resultados de dezesseis testes com diferentes combinações de vazão mássica de líquido, temperatura do leito e coeficiente convectivo suspensão-parede foram comparados, apresentando desvios na faixa de 0,05% a 1,89% no valor da temperatura de saída da água aquecida durante a sua passagem pela região de escoamento anular do trocador de calor. O campo de temperaturas da água em contato com a parede externa do canal foi também apresentado. Aumentando a vazão mássica da simulação em dez vezes, ocorre uma diminuição de 16 °C da temperatura de saída com ganhos na taxa de transferência de calor global de 416%. Simulações realizadas variando a vazão mássica para duas condições de contorno (temperatura de parede constante e fluxo de calor constante na parede interna do leito fluidizado) demonstram as vantagens da utilização do cobre em relação ao aço como material de parede externa do trocador de calor, principalmente quando o gradiente de temperaturas entre a entrada da água e do leito, assim como o coeficiente convectivo suspensão-parede, são elevados. Para estimar a efetividade do trocador de calor em termos de uma melhor homogeneidade na distribuição do campo de temperaturas da água na região de escoamento anular, geometrias de trocador de calor contendo de duas a dez entradas e saídas foram incluídas na análise. A diminuição encontrada nos gradientes de temperatura na direção polar do escoamento com o aumento do número de entradas e saídas indica o crescimento gradativo da componente de velocidade axial sobre o da velocidade tangencial, refletindo em uma significativa melhoria na taxa de transferência de calor, especialmente em maiores vazões mássicas. |
| Abstract: | Fluidized beds are used in huge variety of applications, such as drying of solids, particle coating, catalytical cracking and also for thermal energy recovery. The behavior of a gas-solid system is similar to the fluids and the heat transfer between the bed and an object in contact with it is significantly higher when it comes to the same system in the absence of solid particles. This thesis compares, using real boundary conditions, experimental tests results of annular flow heat transfer in a bubbling fluidized bed heated jacket type heat exchanger with results found on computational simulation using the Ansys AIM Student software. Results of sixteen tests with different combinations of liquid mass flow, bed temperature and bed-to-wall convective coefficient were compared, resulting on gaps from as 0,05% to 1,89% on values for the outlet water temperature which was heated on its way through the heat exchanger annular region. The water temperature field in contact to the annular region external wall was presented. At given boundary conditions, increasing the mass flow ten times decreases 16 °C in outlet water temperature, resulting in a 416% higher global heat transfer rate. Simulations at different mass flows for two different boundary conditions (different bed temperature and bed-to-wall convective coefficient) shows advantages of a copper made than stainless steel-made heat exchanger, specially when the temperature gap between water and bed rise and the bed-to-wall convective heat transfer coefficient increases. To forecast the heat exchanger effectivity in terms of a better homogeneity in the annular flow region water temperature field distribution, two to ten inlets and outlets heat exchanger geometries were added into the analysis. The decrease of temperature gaps in annular flow’s polar direction as the number of inlets and outlets increases means the axis velocity outperforms tangential velocity, resulting in a significantly improvement in heat transfer rates, specially in higher mass flows. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/16311 |
| Aparece nas coleções: | PG - Engenharia Mecânica |
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