Dynamics of non-linear concentration waves in fluidized beds : modelling, analysis and simulation

Abstract

Nesse trabalho, nós investigamos ondas de concentração unidimensionais que ocorrem em leitos fluidizados, focando principalmente em leitos do tipo líquido-sólido. O conjunto completo de equações do movimento para as fases contínuas é usado, bem como relações constitutivas para os tensores de tensão das fase fluida e sólida e para a força de interação entre as fases. Uma análise de estabilidade linear é realizada com o objetivo de obter a relação de dispersão e a taxa de crescimento de distúrbios de pequena amplitude para o estado de fluidização homogênea. O sistema de equações governantes é integrado numericamente. A evolução temporal e espacial de instabilidades senoidais de pequena amplitude é observada até que elas se tornam totalmente não-lineares com grandes amplitudes. Para pequenos tempos, as simulações são validadas por meio de comparação entre a amplitude das ondas obtidas numericamente e a prevista pela análise de estabilidade linear com os mesmos parâmetros físicos. Foi observada uma concordância muito satisfatória. A influência dos parâmetros físicos relevantes do sistema, como os números de Froude e Reynolds, a razão de densidade entre as fases e a concentração de equilíbrio sobre a resposta do leito a uma excitação é examinada e discutida nesta dissertação. Além disso, nós identificamos com o presente trabalho diversos regimes nãolineares de ondas de concentração em um leito fluidizado, tais como ondas saturadas, ondas solitárias e oscilação sem padrões discerníveis, a depender da configuração de parâmetros do sistema e das condições iniciais e de contorno do problema.