Validación de la simulación numérica del flujo bifásico hidrodinámico en sistemas de lecho fluido

Este trabajo tiene como objetivo la mejora en la validación de la simulación numérica del flujo bifásico característico del transporte de lecho fluido, mediante la formulación y desarrollo de un modelo numérico combinado Volúmenes Finitos - Elementos Finitos. Para ello se simula numéricamente el flujo de mezcla sólido-gas en una Cámara de Lecho Fluido, bajo implementación en código COMSOL, cuyos resultados son mejores comparativamente a un modelo basado en el método de Elementos Discretos implementado en código abierto MFIX. El problema fundamental de la modelización matemática del fenómeno de lecho fluido es la irregularidad del dominio, el acoplamiento de las variables en espacio y tiempo y, la no linealidad. En esta investigación se reformula apropiadamente las ecuaciones conservativas del fenómeno, tales que permitan obtener un problema variacional equivalente y solucionable numéricamente. Entonces; se define una ecuación de estado en función de la presión hidrodinámica y la fracción volumétrica de sólidos, quedando desacoplado el sistema en tres sub-problemas, garantizando así la existencia de solución del problema general. Una vez aproximados numéricamente ambos modelos, se comparan los resultados de donde se observa que el modelo materia del presente artículo, verifica de forma más eficaz las condiciones de mezcla óptima, reflejada en la calidad del burbujeo y velocidad de mezcla.

This rresearch work aims to improve the validation process of two-phase flow numerical simulations, of the fluid bed characteristic transport, through the formulation and development of a combined numerical model Finite Volumes and Finite Element methods. The simulation process, inicially, was performed by COMSOL software and the obtained results showed higher accuracy compare with Discrete Element Method implemented by MFIX. The fundamental problem of bed fluid mathematical modeling phenomenon is the domain irregularity, the coupling variables in space and nonlinearity. In this research conservative equations are formulated, such as, to produce a variational equivalent and numerically solvable problem. A state equation based on the hydrodynamic pressure and the volume fraction of solids is defined. The system was decoupled into three sub-problems, ensuring the solution existence of general problem. A comparison of obtained results showed that the model developed in this article, check more effectively optimal mixing conditions, based on the quality of bubbling and mixing speed.

Cuenca

vol. 9, no. 12