Gas-solid two-phase flow in the riser of circulating fluidized beds: mathematical modelling and numerical simulation

A mathematical model is developed for gas-solids flows in circulating fluidized beds. An Eulerian formulation is followed based on the two-fluids model approach where both the fluid and the particulate phases are treated as a continuum. The physical modelling is discussed, including the formulation of boundary conditions and the description of the numerical methodology. Results of numerical simulation are presented and discussed. The model is validated through comparison to experiment, and simulation is performed to investigate the effects on the flow hydrodynamics of the solids viscosity.

Two-Phase (Solid-Liquid) Flow in Inclined Pipes

This paper presents an experimental research about the behavior of two-phase flows in inclined pipes. The inclination angle varied from 5° to 45° and the slurry solid concentration varied up to 15%. It was concluded that the head losses of the downward sloping pipe flow are always lower than the head losses of the horizontal flow and these are always lower than the head losses of the upward sloping pipe flow, regardless the concentration and inclination angle. It was possible to develop empirical equations to calculate the head losses of the horizontal flow and the upward and downward sloping pipe flows.

Panel Method Formulation for Oscillating Airfoils in Sonic Flow

The mathematical model for two-dimensional unsteady sonic flow, based on the classical diffusion equation with imaginary coefficient, is presented and discussed. The main purpose is to develop a rigorous formulation in order to bring into light the correspondence between the sonic, supersonic and subsonic panel method theory. Source and doublet integrals are obtained and Laplace transformation demonstrates that, in fact, the source integral is the solution of the doublet integral equation. It is shown that the doublet-only formulation reduces to a Volterra integral equation of the first kind and a numerical method is proposed in order to solve it. To the authors' knowledge this is the first reported solution to the unsteady sonic thin airfoil problem through the use of doublet singularities. Comparisons with the source-only formulation are shown for the problem of a flat plate in combined harmonic heaving and pitching motion.

Bubble-Bubble Interaction in Horizontal Two-Phase Slug Flow

Modelling of the slug structure requires a new effort on fundamental research. To clarify some aspects of the horizontal slug flow, an experimental study of the behaviour of two isolated bubbles in a single-phase liquid flow was performed. This procedure was adopted to avoid the overlap of different phenomena induced by a train of long bubbles. The experimental facility consists of a 90-m horizontal PVC pipe with internal diameter of 0,053 m. The behaviour of two single air bubbles travelling in a water flow was studied. Focus was given on the influence of the distance between the bubbles on the velocity of the second bubble. This study allows the understanding of the mechanism of overtaking that takes place right after the slug formation and that precedes the coalescence of bubbles in a slug flow. The results show that bubbles placed behind a liquid slug smaller than a critical value move faster than the leading one. Otherwise, they move slower than the leading one.

Horizontal Slug Flow in a Large-Size Pipeline: Experimentation and Modeling

The knowledge of the slug flow characteristics is very important when designing pipelines and process equipment. When the intermittences typical in slug flow occurs, the fluctuations of the flow variables bring additional concern to the designer. Focusing on this subject the present work discloses the experimental data on slug flow characteristics occurring in a large-size, large-scale facility. The results were compared with data provided by mechanistic slug flow models in order to verify their reliability when modelling actual flow conditions. Experiments were done with natural gas and oil or water as the liquid phase. To compute the frequency and velocity of the slug cell and to calculate the length of the elongated bubble and liquid slug one used two pressure transducers measuring the pressure drop across the pipe diameter at different axial locations. A third pressure transducer measured the pressure drop between two axial location 200 m apart. The experimental data were compared with results of Camargo's1 algorithm (1991, 1993), which uses the basics of Dukler & Hubbard's (1975) slug flow model, and those calculated by the transient two-phase flow simulator OLGA.

Pressure Drop in Vertical Core-Annular Flow

An experimental apparatus for the study of core annular flows of heavy oil and water at room temperature has been set up and tested at laboratory scale. The test section consists of a 2.75 cm ID galvanized steel pipe. Tap water and a heavy oil (17.6 Pa.s; 963 kg/m³) were used. Pressure drop in a vertical upward test section was accurately measured for oil flow rates in the range 0.297 - 1.045 l/s and water flow rates ranging from 0.063 to 0.315 l/s. The oil-water input ratio was in the range 1-14. The measured pressure drop comprises gravitational and frictional parts. The gravitational pressure drop was expressed in terms of the volumetric fraction of the core, which was determined from a correlation developed by Bannwart (1998b). The existence of an optimum water-oil input ratio for each oil flow rate was observed in the range 0.07 - 0.5. The frictional pressure drop was modeled to account for both hydrodynamic and net buoyancy effects on the core. The model was adjusted to fit our data and shows excellent agreement with data from another source (Bai, 1995).

Detection of Horizontal Two-Phase Flow Patterns Through a Neural Network Model

One of the main problems related to the transport and manipulation of multiphase fluids concerns the existence of characteristic flow patterns and its strong influence on important operation parameters. A good example of this occurs in gas-liquid chemical reactors in which maximum efficiencies can be achieved by maintaining a finely dispersed bubbly flow to maximize the total interfacial area. Thus, the ability to automatically detect flow patterns is of crucial importance, especially for the adequate operation of multiphase systems. This work describes the application of a neural model to process the signals delivered by a direct imaging probe to produce a diagnostic of the corresponding flow pattern. The neural model is constituted of six independent neural modules, each of which trained to detect one of the main horizontal flow patterns, and a last winner-take-all layer responsible for resolving when two or more patterns are simultaneously detected. Experimental signals representing different bubbly, intermittent, annular and stratified flow patterns were used to validate the neural model.

Three-dimensional supersonic flow over a spike-nosed body of revolution

The unsteady, viscous, supersonic flow over a spike-nosed body of revolution is numerically investigated by solving the Navier-Stokes equations. The time-accurate computations are performed employing an implicit algorithm based on the second-order time-accurate LU-SGS scheme with the incorporation of a subiteration procedure to maintain time accuracy. The characteristics of the flow field for a Mach number of 3.0, Reynolds number of 7.87 x 10(6)/m, and angles of attack of 5 and 10 degrees are described. Self-sustained asymmetric shock wave oscillations were observed in the numerical computations for these angles of attack. The main characteristic of the flow field, as well as its influence on drag coefficient is discussed.

Analyzing hydraulic head of fluid flow in underground porous medium

Hydraulic head is distributed through a medium with porous aspect. The analysis of hydraulic head from one point to another is used by the Richard's equation. This equation is equivalent to the groundwater ow equation that predicts the volumetric water contents. COMSOL 3.5 is used for computation applying Richard's equation. A rectangle of 100 meters of length and 10 meters of large (depth) with 0,1 m/s fl ux of inlet as source of our fl uid is simulated. The domain have Richards' equation model in two dimension (2D). Hydraulic head increases proportional with moisture content.

Efeito residual dos herbicidas imazaquin e imazethapyr, aplicados na soja, sobre o milho safrinha

Com o objetivo de se avaliar os efeitos da persistência dos herbicidas imazaquin e imazethapyr na cultura do milho safrinha em sucessão à da soja, tratada com estes produtos, foi instalado um ensaio na Fazenda Escola da Universidade Estadual de Londrina, solo argiloso (75% de argila), na safra agrícola 1995/96. O delineamento experimental adotado foi o de blocos ao acaso, com parcelas subdivididas em faixas. Os tratamentos principais foram constituídos pelos herbicidas: 1.Testemunha; 2.Imazaquin PPI -120 g.i.a./ha; 3.Imazaquin PPI - 240 g.i.a./ha; 4.Imazethapyr PRE - 80 g.i.a./ha e 5.Imazethapyr PRE - 160 g.i.a./ha. Os tratamentos secundários foram constituídos pelas épocas de semeadura do milho: 0 (zero), 30, 60, 90, 120 e 150 dias após a aplicação - DAA. As avaliações, tanto de fitotoxicidade visual como de biomassa seca das plantas e produtividade do milho, revelaram uma maior sensibilidade da cultura ao imazaquin do que ao imazethapyr, embora a quantidade (ppb) de imazethapyr encontrada nas análises cromatográficas das amostras de solo (HPLC) tenha sido maior que a de imazaquin. Nos primeiros plantios, o imazaquin causou dano praticamente total às plantas, enquanto o imazethapyr proporcionou uma injúria de 30-40% na dose normal(80 g.i.a./ha). Nos plantios após 120 DAA esses sintomas foram diminuindo gradativamente até desaparecerem. A curva de regressão dos dados de colheita revelou intervalos de 87 e 112 dias para imazethapyr e imazaquin, respectivamente, para que não mais houvesse diminuição na produtividade do milho semeado após a aplicação da dose normal destes produtos. Correlacionando-se os parâmetros avaliados, observou-se que, mesmo havendo fitotoxicidade no início do desenvolvimento das plantas de milho, essas se recuperaram, tendo produtividade normal após os referidos intervalos. Dos parâmetros avaliados no bioensaio com pepino (Cucumis sativus), a biomassa seca das plantas confirmou a maior sensibilidade do pepino em relação ao milho, sendo prejudicada pela ação residual dos herbicidas no solo até o intervalo mínimo de 127 e 135 DAA para imazethapyr - 80 g.i.a./ha e imazaquin - 120 g.i.a./ha, respectivamente.

Efeito residual no solo dos herbicidas imazamox e imazethapyr para as culturas de milho e sorgo

Durante o ano agrícola 1994/95, foi conduzido ensaio de campo, em Capinópolis, MG, visando avaliar o efeito residua l no solo dos herbicidas imazamox (50 e 100 g/ha) e imazethapyr (100 e 200 g/ha), aplicados à cultura da soja, sobre as culturas de milho e sorgo, cultiva das em sistema de sucessão à soja. Foram realizados, em casa de vegetação, bioensaios utilizando o sorgo como planta - teste, em amostras de solo coletadas nas parcelas onde foram aplicados os herbicidas no campo. As amostras de solo foram coletadas aos 30, 60, 90 e 120 dias após a aplicação (DAA) dos herbicidas. Um dia após a colheita da soja, fez-se também a semeadura, no campo, do milho e do sorgo nas parcelas anteriormente ocupadas com a soja, onde haviam sido feitas as aplicações dos herbicidas. Os resultados obtidos indicam que o imazamox apresentou menor efeito residual, não influenciando no desenvolvimento da planta-teste quando esta foi semeada aos 120 DAA, até mesmo no dobro da dose recomendada. Todavia, o imazethapyr a 200 g/ha (dobro da dose recomendada) apresentou inibição no desenvolvimento das plantas de sorgo quando estas foram semeadas 120 DAA. Em condições de campo, plantas de sorgo semeadas após a colheita da soja em áreas que receberam o dobro da dose recomendada de imazethapyr evidenciaram menor altura de plantas e menor comprimento de panícula do sorgo, não influenciando, entretanto, a produtividade de grãos.

Controle de tiririca (Cyperus rotundus) e efeito residual sobre a cultura do feijão do herbicida imazapyr

O presente trabalho teve como objetivo avaliar os efeitos de doses de imazapyr no controle de tiririca (Cyperus rotundus) em solos de várzea e também seu efeito residual no solo sobre a cultura do feijão (Phaseolus vulgaris), cultivar Carioca, cultivado em diferentes períodos após a aplicação do herbicida imazapyr. Para determinação da eficiência de controle da tiririca foram avaliadas três doses de imazapyr - 375, 750 e 1.500 g ha-1 - aplicadas sobre as plantas de tiririca no estádio de quatro ou cinco folhas verdadeiras. As avaliações de eficiência de controle da planta daninha foram feitas aos 14, 35, 56, 70, 77, 84 e 91 dias após a aplicação dos tratamentos herbicidas (DAA). Na avaliação do efeito residual do imazapyr no solo foram utilizadas as mesmas doses, porém aplicadas em oito épocas: 98, 84, 63, 42, 28, 21, 14 e 7 dias antes da semeadura (DAS) do feijão. Constatou-se que 375 g ha-1 de imazapyr resultou em bom controle da tiririca até 35 dias após a aplicação do produto; após esse período observou-se reinfestação da área com esta espécie. Para as doses de 750 e 1.500 g ha-1 observou-se controle eficiente por um período de 70 dias após a aplicação do herbicida. Quanto ao efeito residual do herbicida sobre a cultura de feijão, verificou-se que, quanto maior a dose utilizada e mais próximo da semeadura for aplicado o herbicida, menor a produtividade da cultura. A dose de 375 g ha-1 aplicada aos 98 DAS mostrou-se menos prejudicial à cultura, não havendo perda de rendimento.

Modeling of Liquid-Solid Flow in Industrial Scale

In the present work, liquid-solid flow in industrial scale is modeled using the commercial software of Computational Fluid Dynamics (CFD) ANSYS Fluent 14.5. In literature, there are few studies on liquid-solid flow in industrial scale, but any information about the particular case with modified geometry cannot be found. The aim of this thesis is to describe the strengths and weaknesses of the multiphase models, when a large-scale application is studied within liquid-solid flow, including the boundary-layer characteristics. The results indicate that the selection of the most appropriate multiphase model depends on the flow regime. Thus, careful estimations of the flow regime are recommended to be done before modeling. The computational tool is developed for this purpose during this thesis. The homogeneous multiphase model is valid only for homogeneous suspension, the discrete phase model (DPM) is recommended for homogeneous and heterogeneous suspension where pipe Froude number is greater than 1.0, while the mixture and Eulerian models are able to predict also flow regimes, where pipe Froude number is smaller than 1.0 and particles tend to settle. With increasing material density ratio and decreasing pipe Froude number, the Eulerian model gives the most accurate results, because it does not include simplifications in Navier-Stokes equations like the other models. In addition, the results indicate that the potential location of erosion in the pipe depends on material density ratio. Possible sedimentation of particles can cause erosion and increase pressure drop as well. In the pipe bend, especially secondary flows, perpendicular to the main flow, affect the location of erosion.

Efeito residual de herbicidas em pré-plantio do feijoeiro, em dois sistemas de aplicação em plantio direto e sua viabilidade econômica

A pesquisa teve como objetivo avaliar a eficiência e a viabilidade econômica de controle de plantas daninhas com alguns herbicidas residuais (registrados ou não), aplicados em pré-plantio na cultura do feijoeiro. O experimento foi realizado em Santo Antônio de Goiás, no ano agrícola de 1999/2000. Os herbicidas foram aplicados em cobertura das plantas daninhas Commelina benghalensis e Bidens pilosa, com 3 t ha-1 de biomassa seca. Os tratamentos foram constituídos do fatorial 2x10x3, arranjados em parcelas subsubdivididas no delineamento de blocos ao acaso, com três repetições; o primeiro fator consistiu de sistemas de dessecação da área [Sistema Integrado de Controle (SIC) e Aplique e Plante]. No SIC foi usado o sulfosate (720 g ha-1) aos 20 dias antes do plantio e paraquat (200 g ha¹) adicionado aos herbicidas com efeitos residuais, aplicados imediatamente após o plantio do feijoeiro. No sistema Aplique e Plante foi aplicado o sulfosate (720 g ha¹) adicionado aos residuais, cinco dias antes do plantio do feijoeiro. O segundo fator representa a aplicação dos herbicidas com efeitos residuais, em g ha-1: sulfentrazone (200 e 300), dimethenamid (900 e 1.125), clomazone (360), pendimethalin (2.500), smetolachlor (768 e 1.152), diclosulan (12,45) e testemunha; e o terceiro, as doses dos herbicidas de pós-emergência: imazamox (15) + bentazon (240), imazamox (30) + bentazon (480) e testemunha. Os herbicidas residuais aplicados nos sistemas SIC e Aplique e Plante reduziram o crescimento inicial de Bidens pilosa. Para Euphorbia heterophylla somente os herbicidas diclosulan e sulfentrazone proporcionaram efeito semelhante. A aplicação de herbicidas residuais em pré-plantio mostrou ser viável economicamente, em virtude da redução dos de pós-emergência, exceto para os herbicidas dimethenamid e s-metolachlor.

Comportamento de herbicidas com efeito residual em diferentes coberturas na cultura do feijoeiro

O objetivo deste trabalho foi avaliar o comportamento de herbicidas com efeito residual em diferentes tipos de cobertura vegetal no sistema plantio direto, antes da semeadura do feijoeiro. Cada herbicida foi aplicado isoladamente em cinco diferentes coberturas, totalizando 20 ensaios. Os herbicidas e as respectivas doses, em kg ha-1, foram: diclosulan (0,0125), sulfentrazone (0,300), dimethenamid (1,125) e S-metolachlor (1,152). Em Santo Antônio de Goiás utilizou-se a cobertura de Pennisetum glaucum seco e plantas daninhas secas (Commelina benghalensis e Bidens pilosa) no Sistema Integrado de Controle (SIC); e na localidade de Santa Helena de Goiás empregou-se a cobertura de sorgo seco no SIC e Pennisetum glaucum verde e plantas daninhas verdes (C. benghalensis e B. pilosa) no sistema Aplique e Plante, nos anos agrícolas de 1999 e 2000. Cada ensaio constituiu-se de 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18 e 20 t ha-1 de biomassa com diferentes coberturas vegetais, as quais receberam os cinco herbicidas, separadamente, no delineamento inteiramente casualizado, com três repetições. A quantificação dos herbicidas no solo foi determinada em bioensaio, usando-se o Sorghum bicolor como planta-teste. Os resultados obtidos indicaram que diclosulan e sulfentrazone foram encontrados no solo acima de 80% da dose aplicada, independentemente da quantidade e do tipo da cobertura do solo. Para dimethenamid e S-metolachlor, até aproximadamente 50% das doses aplicadas foram detectadas no solo com 8 t ha-1 de palha.