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Título: Simulação numérica da transferência de massa de compostos odorantes através da interface de um sistema multifásico líquido-gás
Autor(es): Feroni, Rita de Cassia
Orientador: Reis Junior, Neyval Costa
Coorientador: Santos, Jane Meri
Data do documento: 4-Dez-2015
Editor: Universidade Federal do Espírito Santo
Resumo: A emissão de gases odorantes a partir de uma superfície líquida pode ser representada em um escoamento multifásico, em que a turbulência é gerada na proximidade da interface líquido-gás. Esta interface pode ser deformável, com ou sem a presença de ondas. A principal resistência ao transporte de massa através da interface líquido-gás está limitada a uma subcamada muito fina de cada lado da interface, em dimensões de poucos milímetros, onde a turbulência é reduzida e os processos de difusão tornam-se dominantes. Assim, a relação entre a turbulência do escoamento e a configuração da interface (relação com o número de Reynolds) em conjunto com as propriedades do composto como, difusividade (relação com o número de Schmidt) e solubilidade (relação com constante de Henry), são fundamentais para o estudo de transferência de massa na interface líquido-gás. A fim de investigar a relação existente entre os parâmetros citados, um estudo multifásico de transferência de massa foi realizado neste trabalho, utilizando o código computacional ANSYS-CFX 14.5, com a aplicação do modelo de turbulência de simulação das grandes escalas (LES). O modelo matemático foi validado com dados de simulação numérica direta (DNS) a partir do estudo de Komori et al. (2010). Os resultados mostram que a transferência de massa é fortemente afetada pela presença de ondas na interface que contribuem para a formação de estruturas turbulentas na fase líquida. Assim, valores de coeficientes de transferência de massa (kl) para diferentes números de Reynolds estudados (210, 86 e 43) mostraram grande diferença em ordem de grandeza. Da mesma forma, ao considerar compostos odorantes com diferentes valores da constante de Henry, foi possível mostrar no presente estudo, que a transferência de massa também possui forte dependência em relação a este parâmetro. Valores maiores de kl são encontrados para compostos odorantes como o sulfeto de hidrogênio cuja transferência de massa é controlada pela fase líquida, seguido da amônia cuja transferência de massa é controlada por ambas as fases e do ácido valérico com a transferência de massa controlada pela fase gasosa.
The emission odorous compounds from liquid-gas interface can be represented from multiphasic flow and the generation of turbulence occurs close to the liquid-gas interface. Other characteristics are the likely configurations of the deformable interface with the presence or not of waves. The major part of the resistance to mass transport through liquid-gas interface is limited to a thin sub-layer from both sides of interface, in a few millimeters of dimension, where the turbulence is small and the diffusion processes become dominant, the relation between turbulence flow and the interface configuration (related to Reynolds number) together with the properties of the compound, as the diffusivity (related to Schmidt number) and solubility (related to Henry’s constant), are primordial to the study of mass transfer. In this work, in order to investigate the relation between the parameters quoted above, a multiphasic mass transfer assay was made using the computational model ANSYS-CFX 14.5, applying the turbulence model for large eddy simulation (LES). The mathematic model was validated with data of direct numeric simulations (DNS) from the work of Komori et al. (2010). The results show that the mass transfer is strongly affected by the presence of waves on interface, leading to the formation of turbulent structures in the liquid side. Thereby, values of mass transfer coefficients (kl) for different Reynolds numbers (210, 86 and 43) show large differences in order of magnitude. Likewise, considering odorous compounds with different values for Henry’s constants, this work show that the mass transfer also has a strongly dependence with this parameter. Higher values of kl are found for odorous compounds such as hydrogen sulfide in which the mass transfer is controlled by liquid phase, followed by ammonia in which the mass transfer is controlled by both liquid and gas phases and the isovaleric acid with mass transfer controlled by the gas phase.
URI: http://repositorio.ufes.br/handle/10/10329
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