| Resumo: |
Os mecanismos da turbulência tridimensional têm sido os fenómenos de referência para o desenvolvimento de modelos de micromistura para o projeto de reatores químicos. Estes modelos baseiam-s na descrição clássica da mistura em regimes turbulentos: os vórtices maiores são estirados o que diminui as escalas de mistura provocando uma rápida dissipação da vorticidade. Este quadro no entanto não descreve a mistura de fluidos muito viscosos ou em micro reatores, por exemplo, em que se aplicam geralmente modelos de mistura laminar, que não são modelos práticos para o projeto de reatores. Este tipo de reatores laminares operam em regimes em que há uma grande restrição de uma das dimensões do escoamento, o que impede os vórtices de estirarem e por conseguinte diminui a dissipação turbulenta dos vórtices. A turbulência bidimensional descreve estes escoamentos e identifica mecanismos diferentes dos conhecidos para turbulência 3D. Na turbulência 2D a energia é injetada a partir de escalas menores, como os jatos que entram num reator, e cresce para as escalas definidas pelas dimensões do reator - inversão da cascata da energia turbulenta. A dissipação da vorticidade na turbulência 2D é mais lenta e os mecanismos de mistura são descritos por modelos de mistura laminar que relacionam as escalas de mistura com o campo da taxa de deformação. A unificação dos modelos de mistura laminar com as turbulência 2D permite a introdução de modelos de micro mistura para o projeto de reatores químicos.
Alguns dos reatores que têm vindo a ser estudados e desenvolvidos na FEUP, o NETmix e os T-jets, têm uma dinâmica de escoamento 2D. Algo que também acontece com misturadores com um rotor e um estator. Estes três tipos de reatores vão ser usados neste projeto para a análise da mistura e da reação química em escoamentos turbulentos 2D. O escoamento será estudado com simulações de Computação de Fluidos Dinâmicos (CFD) sem modelização de subescala. Os resultados do modelo 2D serão comparad  |
Resumo
Os mecanismos da turbulência tridimensional têm sido os fenómenos de referência para o desenvolvimento de modelos de micromistura para o projeto de reatores químicos. Estes modelos baseiam-s na descrição clássica da mistura em regimes turbulentos: os vórtices maiores são estirados o que diminui as escalas de mistura provocando uma rápida dissipação da vorticidade. Este quadro no entanto não descreve a mistura de fluidos muito viscosos ou em micro reatores, por exemplo, em que se aplicam geralmente modelos de mistura laminar, que não são modelos práticos para o projeto de reatores. Este tipo de reatores laminares operam em regimes em que há uma grande restrição de uma das dimensões do escoamento, o que impede os vórtices de estirarem e por conseguinte diminui a dissipação turbulenta dos vórtices. A turbulência bidimensional descreve estes escoamentos e identifica mecanismos diferentes dos conhecidos para turbulência 3D. Na turbulência 2D a energia é injetada a partir de escalas menores, como os jatos que entram num reator, e cresce para as escalas definidas pelas dimensões do reator - inversão da cascata da energia turbulenta. A dissipação da vorticidade na turbulência 2D é mais lenta e os mecanismos de mistura são descritos por modelos de mistura laminar que relacionam as escalas de mistura com o campo da taxa de deformação. A unificação dos modelos de mistura laminar com as turbulência 2D permite a introdução de modelos de micro mistura para o projeto de reatores químicos.
Alguns dos reatores que têm vindo a ser estudados e desenvolvidos na FEUP, o NETmix e os T-jets, têm uma dinâmica de escoamento 2D. Algo que também acontece com misturadores com um rotor e um estator. Estes três tipos de reatores vão ser usados neste projeto para a análise da mistura e da reação química em escoamentos turbulentos 2D. O escoamento será estudado com simulações de Computação de Fluidos Dinâmicos (CFD) sem modelização de subescala. Os resultados do modelo 2D serão comparados com simulações da geometria real, 3D. A turbulência 2D será relacionada com a mistura e a reação química estabelecendo a base da unificação da turbulência 2D e a mistura laminar para o projeto de reatores químicos 2D e para a utilização de modelos de micromistura.
O escoamento nos reatores vai ser caracterizado com técnicas de velocimetria laser que permitirão obter a dinâmica do escoamento completamente resolvida no tempo e espaço. O trabalho experimental vai permitir estabelecer a bidimensionalidade de cada escoamento e vai fornecer dados para a validação das simulações de CFD. A mistura e a reação são estudadas com base em técnicas de visualização laser e da seletividade de uma reação química complexa. O projeto 2Dmix vai introduzir novas reações teste de micromistura adequadas a sistemas com grandes razões de viscosidade entre líquidos e para a visualização da reação com indução de fluorescência por laser.
Os T-jets, NETmix e rotor/estator são tecnologias demonstradas para processamento de nanomateriais, polímeros reativos com particular aplicação em compósitos e nanocompósitos, suspensões densas e em processos com razões elevadas de caudais e viscosidade entre correntes de alimentação. Como tal, a linha de investigação deste projeto enquadra-se nas prioridades da UE, nomeadamente nas fábricas do futuro. Estas aplicações têm sido apontadas como as de maior interesse industrial por alguns peritos industriais e no âmbito da plataforma tecnológica SPIRE. Pretende-se assim que esta investigação fundamental estabeleça as bases para projetos de financiamento industrial ou para pro |