Predição de escoamento de ar em um secador tipo túnel: Avaliação do uso de placas de direcionamento de fluxo e de modelos de turbulência | Prediction of air flow in a tunnel type dryer: Evaluation of the use of plates direction of flow and turbulence models

The computational fluid dynamics, known as CFD (Computational Fluid Dynamics) uses computational methods to simulate transport phenomena, thus obtaining distributions of speed, pressure, concentration and temperature profiles. This work aimed to evaluate the use of flow direction plates and turbulence models usually reported in the literature k-ɛ, BSL, SSG and SST in the prediction of speed profiles during air flow in a convective dryer (Eco Educational Engineering, MD018, Brazil). Air flow and velocity fields were determined using the commercial package AnsysCFX®. The three-dimensional simulations developed involved the transport equations: conservation of mass, amount of movement and energy transfer. A finite volume numerical method was used to calculate partial differential equations. The algebraic equations were solved by the AMG algorithm (Algebraic Multi-Grid), using as a convergence criterion the sum of normalized residues less than 1x10-6 for all variables. The pressure-velocity coupling was approximated using the trilinear method. In the simulations, a permanent flow regime was considered. The boundary conditions were: uniform air speed at the entrance of the air supply duct, static pressure at 0 Pa at the exit of the dryer and condition of non-slip on the walls of the dryer. The use of air direction plates provided greater uniformity of the current lines. As there are no significant changes between the velocity profiles obtained with the turbulence models, it was understood that the k-ε model is the most appropriate because it presents a shorter simulation time and is capable of reproducing the phenomenological behavior of the air flowing in a tunnel dryer.

A dinâmica dos fluidos computacional, conhecida como CFD (Computational Fluid Dynamics) utiliza métodos computacionais para simulação de fenômenos de transporte, obtendo assim distribuições de perfis de velocidade, pressão, concentração e temperatura. Este trabalho teve por objetivo a avaliação do uso de placas de direcionamento do escoamento e de modelos de turbulência usualmente reportados na literatura k-ɛ, BSL, SSG e SST na predição de perfis de velocidade durante o escoamento do ar em um secador convectivo (Eco Engenharia Educacional, MD018, Brasil). O fluxo de escoamento do ar e os campos de velocidade foram determinados com a utilização do pacote comercial Ansys-CFX®. As simulações tridimensionais desenvolvidas envolveram as equações de transporte: conservação de massa, quantidade de movimento e transferência de energia. Foi empregado método numérico de volumes finitos para o cálculo das equações diferenciais parciais. As equações algébricas foram resolvidas pelo algoritmo AMG (Algebraic Multi-Grid), utilizando como critério de convergência soma dos resíduos normalizados inferior a 1x10-6 para todas as variáveis. O acoplamento pressão-velocidade foi aproximado através do método trilinear. Considerou-se, nas simulações, regime de escoamento permanente. As condições de contorno foram: velocidade uniforme do ar na entrada do duto de alimentação do ar, pressão estática a 0 Pa na saída do secador e condição de não deslizamento nas paredes do secador. O uso de placas de direcionamento de ar proporcionou maior uniformidade das linhas de corrente. Por não haver alterações significativas entre os perfis de velocidade obtidos com os modelos de turbulência, entendeu-se que o modelo k-ε é o mais adequado por apresentar menor tempo de simulação e ser apto para reprodução do comportamento fenomenológico do ar em escoamento em um secador tipo túnel.