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http://repositorio.ufes.br/handle/10/10322
Título: | Estudo da transferência de massa por volatilização de compostos odorantes a partir de superfícies líquidas quiescentes |
Autor(es): | Lovatte, Enilene Regina |
Orientador: | Reis Junior, Neyval Costa |
Coorientador: | Furieri, Bruno |
Data do documento: | 2015 |
Editor: | Universidade Federal do Espírito Santo |
Resumo: | O presente trabalho tem por objetivo estudar as estruturas do escoamento turbulento na
água próximo à interface líquido-gás com deformação negligenciável e seus efeitos na
transferência de compostos. A simulação das grandes escalas (LES) com modelagem
dinâmica de submalha foi utilizada para a representação da turbulência usando o código
FLUENT. O fluido foi considerado newtoniano, incompressível e isotérmico. O modelo
matemático foi validado com dados de simulação numérica direta (DNS) da literatura.
Foram realizadas simulações com números de Reynolds baseados na velocidade de
fricção iguais a 150, 640 e 1280 e com números de Schmidt iguais a 1, 200 e 580
permitindo assim investigações específicas dos efeitos desses parâmetros governantes.
Os resultados de validação mostraram que a metodologia é adequada na compreensão do
transporte de escalar e na visualização da turbulência (estruturas coerentes). Análises
qualitativas da distribuição de vorticidade, divergente de superfície, concentração
instantânea de escalar e flutuação de concentração de escalar mostraram a existência de
estruturas turbulentas agindo no transporte do escalar. Essas têm aspecto quase
longitudinal, existindo de forma contra-rotativa e agindo na formação de movimentos
verticais ascendentes e descendentes próximo à interface. A influência do número de
Reynolds está principalmente associada à redução da espessura da subcamada difusiva
devido ao aumento da mistura da grandeza escalar no seio do escoamento. As estatísticas
da turbulência para os diferentes números de Reynolds indicam variações consistentes
nos resultados do escoamento e transporte do escalar com a variação desse parâmetro. A
espessura da subcamada difusiva próxima à superfície livre diminui fortemente nos casos
em que o número de Schmidt aumenta. Com relação ao coeficiente de transferência de
massa, entre os casos investigados, o valor máximo foi obtido para o número de Reynolds
e o número de Schmidt é 1, enquanto a simulação correspondente ao número de Reynolds
igual a 150 e Schmidt igual a 580 resulta no valor mínimo. Os valores intermediários do
coeficiente crescem com o aumento de Reynolds e diminuem com o aumento de Schmidt. This work aims to study the turbulent flow structures in the water near the gas-liquid interface with negligible deformation and its effects on the transfer of compounds. The Large Eddy Simulation (LES) with dynamical subgrid modelling was used to represent the turbulence using the FLUENT code. The fluid was considered Newtonian, incompressible isothermal. The mathematical model was validated with Direct Numerical Simulation (DNS) data from literature. Numerical simulations were performed with Reynolds number based on the friction velocity equal to 150, 640 and 1280 and Schmidt numbers equal to 1, 200 and 580 thus allowing specific investigation of the effects of these parameters governing the mass transfer phenomenon. The validation results show that the method is appropriate in understanding the transport and turbulence structures visualization (coherent structures) that directly affect the process. Qualitative analysis of the distribution of vorticity surface divergent, scalar instantaneous concentration and scalar concentration fluctuation showed the existence of turbulent structures acting on the carriage of scalar near the free surface. The coherent turbulent structures visualized in the domain have almost longitudinal aspect, existing contra-rotative vortices that act on the formation of vertical upward and downward movements close to the interface. The influence of the Reynolds number is mainly associated with reduced thickness of the diffusive sublayer due to the increase of scalar mixing in the bulk. The turbulence statistics for different Reynolds numbers indicate consistent variations in the results of the flow and transport of the scalar due to the variation of this parameter. The thickness of the diffusive sublayer near the free surface greatly decreases in cases where the Schmidt number increases. With respect to mass transfer coefficient between the cases investigated, the maximum value was obtained for the Reynolds number and the Schmidt number equal to 1, while the corresponding simulation to the Reynolds number of 150 and Schmidt equal to 580 resulting in minimum. The intermediate values of the coefficient increase with increasing Reynolds and decrease with increasing Schmidt. |
URI: | http://repositorio.ufes.br/handle/10/10322 |
Aparece nas coleções: | PPGEA - Teses de doutorado |
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