Experimental and CFD study on low temperature drying of loose and compressed bulks

Die Trocknung ist eines der am häufigsten verwendeten Verfahren, um die Haltbarkeit von landwirtschaftlichen Gütern zu verlängern. Von den vielen gebräuchlichen Trocknungsarten ist die Konvektionstrocknung, die Luft als Energie- und Feuchteträger verwendet, weiterhin die wichtigste. Trotz ihrer Nachteile und ihres hohen spezifischen Energieverbrauchs sind Satztrockner für die Getreide-, Kräuter- und Heutrocknung noch weit verbreitet. Ferner werden Konvektionstrockner gemeinhin zur künstlichen Trocknung eingesetzt. Diese Arbeit ist Teil eines Forschungsprojekts, welches eine sorptionsgestützte solare Trocknung von landwirtschaftlichen Gütern untersucht. Bei dieser wird kühle feuchte Luft in Kontakt mit einer konzentrierten hygroskopischen Salzlösung gebracht. Während dieses Prozesses wird die Luft entfeuchtet und mit Hilfe der freigesetzten Verdampfungsenthalpie erwärmt. Die Anwendung dieses Verfahrens zur Trocknung landwirtschaftlicher Güter ist besonders interessant für Produkte, die bei niedrigen Temperaturen verarbeitet werden, um ihre Qualität nicht negativ zu beeinflussen. Bei allen energieintensiven Prozessen und vor allem bei der Verwendung von Solarenergie ist ein effizienter Energieverbrauch äußerst wichtig für den technischen und ökonomischen Erfolg. Eine ungleichmäßige Trocknung ist oftmals bei Satztrocknern zu beobachten, was die Energieeffizienz negativ beeinflusst. Aus diesem Grund lag im agrartechnischen Teil des Projekts der Schwerpunkt auf der Trocknung bei niedrigen Temperaturen und geringer Luftfeuchte, die der Sorptionsprozess liefert, sowie auf der Verbesserung der Luftverteilung und der Gleichmäßigkeit der Trocknung in lockeren und verdichteten Schüttungen. Es wurden Dünnschicht-Trocknungsexperminente für Blattsellerie bei unterschiedlichen Lufttemperaturen und unterschiedlicher relativer Luftfeuchte durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass nicht nur die Lufttemperatur einen großen Einfluss auf die Trocknungsgeschwindigkeit hat, sondern auch die relative Luftfeuchte. Dies ist vor allem bei niedrigen Temperaturen, wie sie vom Sorptionssystem geliefert werden, der Fall. Um die Luftverteilung und Gleichmäßigkeit der Trocknung lockerer Schüttungen zu untersuchen, wurde ein Kistentrockner experimentell und in Strömungssimulationen getestet. Die Leistung des ursprünglichen Trockners wurde signifikant durch einfache Veränderungen des Designs verbessert. Diese stellten einen gleichmäßigeren Luftstrom durch das Produkt sicher. Die Trocknung von Heu-Rundballen stellt eine Herausforderung dar, da diese sehr stark verdichtet sind und die Dichte innerhalb eines Ballens stark schwankt. Strömungs- und Trocknungssimulationen so wie experimentelle Messungen zeigten, dass das Trocknerdesign einen großen Einfluss auf die Gleichmäßigkeit der Trocknung hat. Bei den einfachsten Trocknervarianten war die Verteilung auch bei optimal gepressten Ballen unzureichend, während komplexere Trockner eine gleichmäßigere Trocknung erzielten. Jedoch werden auch hier die Ergebnisse stark von der Verteilung der Dichte im Ballen beeinflusst, welche in der Praxis weiterhin nicht ideal ist. Abschließend wurde, um den Trocknungsfortschritt zu überwachen, eine Methodik getestet, bei der zur Messung des durchschnittlichen aktuellen Feuchtegehalts des Produktes psychrometrische Messungen und Messungen des Luftstroms in kurzen Abständen durchgeführt wurden. Die Menge des tatsächlich entfernten Wassers stimmte in den meisten Fällen gut mit der geschätzten Menge überein. Jedoch hängt der Erfolg dieser Methode stark von der Genauigkeit der Messfühler ab.

Desenvolupament d’una metodologia de simulació mitjançant programari CFD per a la optimització d’agitadors

La dinàmica de fluids computacional (CFD) és una eina que serveix per analitzar mitjançant computadors diferents problemes que involucren fluxos de fluids. Els programes de CFD usen expressions matemàtiques no lineals que defineixen les equacions fonamentals de fluxos i transport de calor en fluids. Aquestes es resolen amb complexos algoritmes iteratius. Actualment aquesta eina és una part fonamental en els procés de disseny en moltes empreses relacionades amb la dinàmica de fluids. Les simulacions que es realitzen amb aquests programes s’ha demostrat que són fiables i que estalvien temps i diners, ja que eviten haver de realitzar els costosos processos d’assaig-error. En el projecte s’utilitza el programa de CFD Ansys CFX 11.0 per simular una agitació bifàsica composta per aigua i aire a temperatura ambient. Els objectius són determinar els paràmetres òptims de simulació que permetin recrear aquesta agitació, per posteriorment dissenyar un nou impulsor

Estudi i simulació aerodinàmica amb programari de dinàmica de fluids computacional (CFD) en un model bàsic de vehicle de competició de la categoria CM (curses de muntanya)

Aquest projecte té com a objectiu la simulació numérica de la carrosseria d’ un vehicle de curses de muntanya de categoria CM

Simulació mitjançant tècniques CFD d'una culata per al motor del vehicle de baix consum "Àliga-EPS-UdG"

El projecte pretén estudiar i quantificar les restriccions creades al fluid en circular pels conductes d’admissió i escapament de la culata del motor del vehicle Àliga. L’estudi consta de quatre etapes: estudi de les restriccions actuals dels sistemes d’admissió i escapament; anàlisi dels resultats de la culata de sèrie i proposta de millores aplicables al model real; càlcul de les restriccions creades pels models millorats, i finalment, estudi comparatiu dels resultats obtinguts, interpretant els resultats dels principals paràmetres a analitzar

A study on effect of built forms on urban wind environment by using CFD simulations

This paper presents a numerical study of urban air-flow for a group of five buildings that is located at the University of Reading in the United Kingdom. The airflow around these buildings has been simulated by using ANSYS CFD software package. In this study, the association between certain architectural forms: a street canyon, a semi-closure, and a courtyard-like space in a low-rise building complex, and the wind environment were investigated. The analysis of CFD results has provided detailed information on the wind patterns of these urban built forms. The numerical results have been compared with the experimental measurements within the building complex. The observed characteristics of urban wind pattern with respect to the built structures are presented as a guideline. This information is needed for the design and/or performance assessments of systems such as passive and low energy design approach, a natural or hybrid ventilation, and passive cooling. Also, the knowledge of urban wind patterns allows us to develop better design options for the application of renewable energy technologies within urban environment.

Passive urban ventilation by combined buoyancy-driven slope flow and wall flow: Parametric CFD studies on idealized city models

This paper reports the results of a parametric CFD study on idealized city models to investigate the potential of slope flow in ventilating a city located in a mountainous region when the background synoptic wind is absent. Examples of such a city include Tokyo in Japan, Los Angeles and Phoenix in the US, and Hong Kong. Two types of buoyancy-driven flow are considered, i.e., slope flow from the mountain slope (katabatic wind at night and anabatic wind in the daytime), and wall flow due to heated/cooled urban surfaces. The combined buoyancy-driven flow system can serve the purpose of dispersing the accumulated urban air pollutants when the background wind is weak or absent. The microscopic picture of ventilation performance within the urban structures was evaluated in terms of air change rate (ACH) and age of air. The simulation results reveal that the slope flow plays an important role in ventilating the urban area, especially in calm conditions. Katabatic flow at night is conducive to mitigating the nocturnal urban heat island. In the present parametric study, the mountain slope angle and mountain height are assumed to be constant, and the changing variables are heating/cooling intensity and building height. For a typical mountain of 500 m inclined at an angle of 20° to the horizontal level, the interactive structure is very much dependent on the ratio of heating/cooling intensity as well as building height. When the building is lower than 60 m, the slope wind dominates. When the building is as high as 100 m, the contribution from the urban wall flow cannot be ignored. It is found that katabatic wind can be very beneficial to the thermal environment as well as air quality at the pedestrian level. The air change rate for the pedestrian volume can be as high as 300 ACH.

Study on indoor thermal environment and air quality of office rooms controlled by personal displacement ventilation using CFD

Three-dimensional computational simulations are performed to examine indoor environment and micro-environment around human bodies in an office in terms of thermal environment and air quality. In this study, personal displacement ventilation (PDV), including two cases with all seats taken and two middle seats taken, is compared with overall displacement ventilation (ODV) of all seats taken under the condition that supply temperature is 24℃ and air change rate is 60 l/s per workstation. When using PDV, temperature stratification, the characteristic of displacement ventilation, is obviously observed at the position of occupant’s head and clearer in the case with all seats taken. Verticalertical ertical temperature temperature temperature temperature temperature differences below height of the head areare under under under 2℃ in two cases in two cases in two cases in two cases in two cases in two cases in two cases in two cases with all seats taken，and the temperature with PDV is higher than that with ODV. Verticalertical ertical temperature temperature temperature temperature temperature temperature difference is under 3 under 3under 3 under 3℃ in the case in the case in the case in the case in the case in the case in the case with two middle seats taken. CO2 concentration is lower th is lower th is lower this lower this lower than 2 g/man 2 g/m an 2 g/man 2 g/man 2 g/man 2 g/m 3 in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. in the breath zone. The results indicate that PDV can be used in the room with big change of occupants’ number to satisfy the need of thermal comfort and air quality. When not all seats are taken, designers should increase supply air requirement or reduce its temperature for thermal comfort. INDEX TERMS

Análise de coletores solares com armazenadores integrados baseado na geometria cubóide utilizando CFD

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Interação CFD-DEM em fluidização: aplicação para o setor mineral

A fluidização de partículas é amplamente utilizada na indústria, principalmente devido às altas taxas de transferência de calor e massa entre as fases. O acoplamento entre a Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD – Computational Fluid Dynamics) e o Método dos Elementos Discretos (DEM – Discrete Element Method) tem se tornado atrativo para a simulação de fluidização, já que nesse caso o movimento das partículas é analisado de forma mais direta do que em outros tipos de abordagens. O grande problema do acoplamento CFD-DEM é a alta exigência computacional para rastrear todas as partículas do sistema, o que leva ao uso de estratégias de redução do tempo de simulação que em caso de utilização incorreta podem comprometer os resultados. O presente trabalho trata da aplicação do acoplamento CFD-DEM na análise de fluidização de alumina, que é um problema importante para o setor mineral. Foram analisados diversos parâmetros capazes de influenciar os resultados e o tempo de simulação como os passos de tempo, os modelos de arrasto, a distribuição granulométrica das partículas, a constante de rigidez, a utilização de partículas representativas com tamanho maior que o das partículas reais, etc. O modelo de força de interação DEM utilizado foi o modelo de mola e amortecedor lineares (LSD – Linear Spring Dashpot). Todas as simulações foram realizadas com o software ANSYS FLUENT 14.5 e os resultados obtidos foram comparados com dados experimentais e da literatura. Tais resultados permitiram comprovar a capacidade do modelo linear LSD em predizer o comportamento global de leitos de alumina e reduzir o tempo de simulação, desde que os parâmetros do modelo sejam definidos de forma adequada.

Theoretical and experimental study of agricultural spraying using CFD

This paper presents a computational fluid dynamics (CFD) application about the axial fan design used in an agricultural spraying system with a theoretical and experimental analysis of comparative results between the characteristic curves of a fan for several rotations and numerical results for the influence of blade attack angle variation and optimization of the spraying system, both for a same rotation. Flow was considered three-dimensional, turbulent, isothermal, viscous and non-compressible in a steady state, disregarding any influence of the gravity field. The average turbulent field was obtained from the application of time average where the turbulence model required for closing the set of equations was the k-E model. Resolution of all connected phenomena was achieved with the help of a fluid dynamics computer, CFX, which uses the finite volumes technique as a numerical method. In order to validate the theoretical analysis, an experiment was conducted in a circular section of a horizontal wind tunnel, using a Pitot tube for pressure readings. The main results demonstrate that the methodology used, based on CFD techniques, is able to reproduce the phenomenological behavior of an axial fan in a spraying system because results were very reliable and similar to experimentally measured ones.

Avaliação da deposição e da agitação de calda em reservatórios de pulverizadores agrícolas utilizando uma análise numérica (CFD) e experimental

Pós-graduação em Engenharia Mecânica - FEB

Avaliação da cinetica bacteriana na biolixiviação de calcopirita

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)