Cálculos de campos de flujo en columnas de burbujeo

Abstract

En este trabajo se abordó el problema del cálculo de los campos de flujo en un sistema multifásico aire-agua contenido en una columna de burbujeo rectangular mediante el empleo de modelos computacionales. El cálculo de los campos vectoriales de velocidad y escalares de retención del gas abarcó tres caudales del flujo gas a través de la columna de líquido; los resultados obtenidos de las simulaciones computacionales fueron validados mediante datos experimentales, reportados en la literatura, de velocidad axial del líquido y retención del gas. Los modelos computacionales se implementaron en estado transitorio debido al carácter dinámico intrínseco de la operación de las columnas de burbujeo; estos modelos incluyeron la familia de modelos de dos ecuaciones k - Epara la clausura de la turbulencia, la aproximación Euleriano-Euleriano para el flujo multifásico, las aproximaciones disperso y por fase para el flujo turbulento multifásico y, en algunos casos, balances de población y la aproximación Euleriana-Lagrangiana. Adicionalmente se realizaron experimentos numéricos para evaluar el impacto que ejercen algunas variables de la simulación tales como discretización espacial del dominio, fuerzas interfaciales, etc. en la calidad de las predicciones de las simulaciones.

In this work the problem of flow fields calculation in a multi-phase air-water system contained in a rectangular bubble column by using computational models was approached. The vector velocity and scalar gas holdup fields calculation covered three gas flow rates through the liquid column; the results obtained from the computational simulations were validated by experimental data, reported in the literature, about axial velocity of the liquid and gas holdup. The computational models were implemented under non steady state due to the intrinsic dynamic character of bubble columns operation; the computational models included the family of k - E two equation models for turbulence closure, the EulerianEulerian approach for the multiphase flow, the dispersed and per phase approximations for the multiphasic turbulent flow and, in some cases, population balances and the EulerianLagrangian approach. Additionally, numerical experiments were carried out to evaluate the impact of some simulation variables such as spatial discretization of the domain, interfacial forces, etc. in the quality of the simulation predictions.