Modelación CFD y validación experimental del proceso de evaporación de agua en un secador por aspersión

Abstract

En este trabajo se describen los campos de velocidad, humedad y temperatura de aire durante la evaporación de agua en un equipo piloto de secado por aspersión con atomizador rotativo. La descripción se realiza para distintas condiciones operativas mediante un modelo numérico soportado en mediciones experimentales. La descripción numérica se realiza mediante la solución de las ecuaciones de Navier-Stokes planteadas de forma bi -dimensional axi-simétrica, una aproximación RANS y un modelo de turbulencia k-epsilon RNG. Mientras que la verificación experimental del flujo de aire se realiza con anemometría de hilo caliente, la humedad y temperatura del aire son medidas con un termohigrómetro capacitivo. Debido a que el modelo CFD sobre-predice la extensión de la corriente central, se evalúa la variación de la constante de viscosidad turbulenta Cmu del modelo. La comparación de los resultados experimentales y numéricos indica tendencias similares, y que la constante de viscosidad turbulenta ejerce un efecto apreciable en el flujo de aire en la corriente central a expensas de una limitada predicción de la zona de alta humedad alrededor del atomizador.

Abstract. A description of the air velocity, humidity and temperature fields during the process of water evaporation in a pilot co-current spray dryer fitted with a rotary atomizer was carried out. The description was realized in different operating conditions with a numerical model supported on experimental measurements. The numerical model is based on the solution of the two-dimensional axisymmetrical Navier-Stokes equations complemented with a RANS approximation and the RNG k-epsilon model for the turbulent viscosity. The experimental validation uses hot-wire anemometry to measure the airflow pattern, and a capacity thermo-hygrometer to measure the temperature and humidity fields. Because the first results CFD indicated an over prediction in the jet extent, an evaluation of different viscosity constant values of the model Cmu was realized. The comparison of experimental and numerical results show an acceptable agreement in the pattern of the fields and a improved prediction of the central airflow field using the modified model, at the expense of a limited prediction of the high humidity zone around the atomizer