Publicação
Preliminary Computational Fluid Dynamics Study Of A Multiphase Reactor
| Resumo: | A presença de fármacos e de produtos de higiene pessoal em água doce e potável tem despertado interesse e preocupação na comunidade científica. Muitas destas substâncias em concentrações muito baixas são tóxicas para os seres humanos e para o meio ambiente. Portanto, a sua remoção/eliminação é importante. Uma das estratégias capaz de degradar tais substâncias é a oxidação fotossensibilizada usando singleto de oxigénio. Neste estudo, a degradação de benzilparabeno por esta abordagem foi estudada através de simulação CFD (Computational Fluid Dynamics).Na simulação do reator laboratorial em CFD usou-se uma formulação Euler-Euler, tendo esta sido descrita em detalhe. Para além disso, apresentaram-se as principais equações, bem como os modelos de interação entre interfases: transferência de massa, de momento, reações e turbulência. As simulações numéricas computacionais foram realizadas em OpenFOAM, usando dois solvers: twoPhaseEulerFoam e reactingTwoPhaseEulerFoam. A estrutura utilizada para estes solvers foi explicada. No OpenFOAM foi adicionada uma nova equação para os coeficientes de velocidade de reação.O processo de oxidação avançada anteriormente mencionado foi simulado para dois casos. O primeiro consistiu no estudo da hidrodinâmica do sistema numa geometria baseada no reator laboratorial usado experimentalmente na degradação de PPCPs. Neste estudo realizou-se um teste de malha, tendo para o efeito sido usadas três malhas com diferentes resoluções. O movimento dos fluidos em certas partes do reator não foi capturado pelos resultados da malha mais grossa. As variáveis estudadas para a malha mais fina mostraram maiores e menores magnitudes do que as outras malhas. Para além disso, foram efetuadas simulações com os solvers supra-citados, em que os resultados para a primeira metade do reator tinham diferenças em magnitude.No segundo caso, foi avaliada uma geometria mais simples para minimizar o tempo despendido em simulação, uma vez que eram necessários 3600 s de tempo de simulação. Neste caso, a hidrodinâmica e a concentração de benzilparabeno ao longo do tempo foram discutidas. Para além disso, foram estudados dois conjuntos de parâmetros para os coeficientes da velocidade de reação, correspondentes a pH 7 e pH 10.8. Os resultados da simulação de pH 7 estavam de acordo com os dados experimentais disponíveis, para os primeiros 500 s de simulação/experiência. A simulação para pH 10.8 mostrou uma degradação de benzilparabeno mais rápida do que para pH 7, como reportado na literatura. |
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| Autores principais: | Jordão, Mário Diogo Olaio |
| Assunto: | CFD Benzilparabeno / singleto de oxigénio Formulação Euler-Euler OpenFOAM reactingTwoPhaseEulerFoam CFD Benzylparaben / singlet oxygen Euler-Euler formulation OpenFOAM reactingTwoPhaseEulerFoam |
| Ano: | 2020 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | dissertação de mestrado |
| Tipo de acesso: | acesso a metadados |
| Instituição associada: | Universidade de Coimbra |
| Idioma: | inglês |
| Origem: | Estudo Geral - Universidade de Coimbra |
| Resumo: | A presença de fármacos e de produtos de higiene pessoal em água doce e potável tem despertado interesse e preocupação na comunidade científica. Muitas destas substâncias em concentrações muito baixas são tóxicas para os seres humanos e para o meio ambiente. Portanto, a sua remoção/eliminação é importante. Uma das estratégias capaz de degradar tais substâncias é a oxidação fotossensibilizada usando singleto de oxigénio. Neste estudo, a degradação de benzilparabeno por esta abordagem foi estudada através de simulação CFD (Computational Fluid Dynamics).Na simulação do reator laboratorial em CFD usou-se uma formulação Euler-Euler, tendo esta sido descrita em detalhe. Para além disso, apresentaram-se as principais equações, bem como os modelos de interação entre interfases: transferência de massa, de momento, reações e turbulência. As simulações numéricas computacionais foram realizadas em OpenFOAM, usando dois solvers: twoPhaseEulerFoam e reactingTwoPhaseEulerFoam. A estrutura utilizada para estes solvers foi explicada. No OpenFOAM foi adicionada uma nova equação para os coeficientes de velocidade de reação.O processo de oxidação avançada anteriormente mencionado foi simulado para dois casos. O primeiro consistiu no estudo da hidrodinâmica do sistema numa geometria baseada no reator laboratorial usado experimentalmente na degradação de PPCPs. Neste estudo realizou-se um teste de malha, tendo para o efeito sido usadas três malhas com diferentes resoluções. O movimento dos fluidos em certas partes do reator não foi capturado pelos resultados da malha mais grossa. As variáveis estudadas para a malha mais fina mostraram maiores e menores magnitudes do que as outras malhas. Para além disso, foram efetuadas simulações com os solvers supra-citados, em que os resultados para a primeira metade do reator tinham diferenças em magnitude.No segundo caso, foi avaliada uma geometria mais simples para minimizar o tempo despendido em simulação, uma vez que eram necessários 3600 s de tempo de simulação. Neste caso, a hidrodinâmica e a concentração de benzilparabeno ao longo do tempo foram discutidas. Para além disso, foram estudados dois conjuntos de parâmetros para os coeficientes da velocidade de reação, correspondentes a pH 7 e pH 10.8. Os resultados da simulação de pH 7 estavam de acordo com os dados experimentais disponíveis, para os primeiros 500 s de simulação/experiência. A simulação para pH 10.8 mostrou uma degradação de benzilparabeno mais rápida do que para pH 7, como reportado na literatura. |
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