Three-dimensional transient numerical simulation of the solid volume fraction of a fluidized bed: the role of three solution orders using a discretization scheme

• L.P. Olivo-Arias ^[1] ; L.G. Araujo ^[2]
  1. [1] Instituto Politécnico Nacional

     Instituto Politécnico Nacional

     México

     
  2. [2] Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

     Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares

     Brasil

     
• Localización: Latin-American Journal of Physics Education, ISSN-e 1870-9095, Vol. 15, Nº. 2, 2021
• Idioma: inglés
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• Resumen
  • español

    El solucionador de dinámica de fluidos computacional (DFC) FLUENT ha experimentado un amplio desarrollo para extender su robustez y precisión para una amplia gama de regímenes de flujo. Para eso, el solucionador FLUENT tiene un método numérico en el solucionador basado en presión que tradicionalmente se ha utilizado para flujos incompresibles y ligeramente compresibles. El algoritmo es basado en la presión que resuelve las ecuaciones de forma segregada o desacoplada. Este algoritmo ha demostrado ser robusto y versátil, y se ha utilizado en concierto con una amplia gama de modelos físicos, incluidos flujos multifásicos y transferencia de calor conjugada. Sin embargo, hay aplicaciones en las que la tasa de convergencia del algoritmo segregado no es satisfactorio, generalmente debido a la necesidad en estos escenarios de acoplamiento entre las ecuaciones de continuidad y momento. El objetivo de este artículo es validar el modelo Euleriano para determinar las fracciones volumétricas de la fracción de la fase sólida. Para eso, utilizamos datos de la literatura y el algoritmo (solver) PCSIMPLE a diferentes ordenes de solución de las ecuaciones de continuidad, momento y turbulencia. Además, determinamos su eficiencia en sistemas transitorios y cómo afectarían los resultados en la hidrodinámica de un reactor de lecho fluidizado trifásico. Los resultados fueron significativos, representando asi el fenómeno de interacción entre las fases líquido-sólido y sólido-gas.

  • English

    The FLUENT solver employed in the Computational Fluid Dynamics (CFD) has been extensively developed to extend its robustness and precision for a wide range of flow regimes. For that, the FLUENT solver has a numerical method in the pressure-based solver that has traditionally been used for incompressible and slightly compressible flows. The algorithm is based on the pressure that solves the equations in a segregated or decoupled mode. This algorithm has proven to be robust and versatile and has been used cooperatively with a wide range of physical models, including multiphase flows and conjugated heat transfer. However, there are applications in which the convergence rate of the segregated algorithm is not satisfactory, generally due to the need in these coupling scenarios between the continuity and momentum equations. The objective of this article is to validate the Eulerian model to determine the volumetric fractions of the solid phase fraction. For this, we used data from the literature and the PCSIMPLE algorithm (solver) at different orders of solution of the continuity, momentum, and turbulence equations. Also, we determined its efficiency in transient systems and how it would affect the results in the hydrodynamics of a three-phase fluidized bed reactor. The results were significant, thus representing the phenomenon of interaction between the liquid-solid and solid-gas phases.