Judul jurnal : “Simulation of the sedimentation of melting solid particles ”

Penulis : Hui Gan, James J. Feng, Howard H. Hu

1. Pendahuluan :

Arus multifase dalam industri sering melibatkan kegiatan interfacial seperti

perubahan fasa dan reaksi kimia contohnya pada reaktor fluidized bed. Dimana partikel,

momentum fluida, perpindahan massa dan panas terjadi pada interface. Perpindahan

massa dan panas ditentukan oleh gerak dan interaksi partikel. Pada konveksi thermal

yang telah dimodifikasi dan adanya interaksi sedimentasi menghasilkan partikel dingin

dari cairan akan cenderung acak, sementara partikel panas cenderung agregat.

2. Rumusan Masalah :

Perbedaan kepadatan antara padatan dan cairan, dengan persamaan momentum

dan energy untuk fluida :

Dalam persamaan (2), digunakan pendekatan Boussinesq sehingga perubahan suhu hanya

memodifikasi kepadatan cairan q dalam jangka kekuatan tubuh :

Gambar 1. Skema domain komputasi. Temperatur awal fluida adalah T0 dan temperature

padatan Ts

3. Pembahasan :

Sedimentasi dari partikel tunggal :

Partikel dengan diameter awal d, dan dengan kecepatan awal nol. Domain

komputasi partikel bergerak dari atas ke bawah menjadi 15d dan 10d dari pusat partikel.

Domain akan sensitive terhadap posisi atas atau bawah. Parameter berikut adalah tetap :

dan

Karakteristik kecepatan ( U ) dianggap sebagai kecepatan pengendapan maksimum, dan

waktu t adalah skala untuk d/U.

Rezim A (0 <Gr <900): Dalam rezim ini, partikel jatuh di sepanjang garis tengah.

kecepatan u(t), ditandai dengan Re(t). Terlepas dari gravitasi, percepatan dibantu oleh

konveksi ke bawah dari fluida dingin di dekat partikel. Setelah u mencapai maksimum,

menurun monoton seiring hilangnya massa. Deselerasi untuk tinggi St, Simulasi diakhiri

ketika partikel menjadi terlalu kecil. Hal ini biasanya terjadi setelah massa partikel turun

di bawah 5% dari nilai awalnya.

Rezim B (Gr> 900): Dalam rezim ini ditandai dengan migrasi partikel dari garis tengah

menuju dinding saluran. Penyimpangan dari tengah dimulai secara bertahap, tetapi

menunjukkan ada tanda-tanda melambat sampai akhir simulasi ketika partikel menjadi

terlalu kecil untuk dilacak secara akurat. Segera setelah partikel menyimpang dari garis

tengah, ia mulai memutar perlahan-lahan.

Gambar 2. Kecepatan sedimentasi dari partikel yang mencair dilihat dari bilangan

reynoldnya. dan the Stefan number St = 2.5125x10-2 kecuali untuk garis putus-putus

memiliki St = 1.2563x10-3

Sedimentasi dari doublet :

Tanpa efek termal atau pencairan, perilaku dari doublet tetap adalah penyusunan

skenario drafting-kissing-tumbling (DKT) skenario. DKT yang mungkin benar-benar

ditekan oleh konveksi termal jika partikel memiliki perbedaan suhu dari cairan. Kami

telah menggunakan nilai-nilai moderat: St = 5.025x10-3 dan Re = O(10), dan beragam

Gr dari 100 sampai ribuan. Saluran lebar W = 8d, dan jumlah Prandtl tetap pada Pr =

0.07. Konfigurasi awal doublet mempengaruhi rilis berikut transien pendek tetapi

tidak memiliki efek pada dinamika jangka panjang.

Gambar 3. Kontur suhu di sekitar partikel mencair. (a) Gr = 100 pada t = 32.75 ;

(b) Gr = 5000 pada t =51.70. Dalam kedua kasus, massa partikel kira-kira 44% dari

nilai awalnya.

4. Kesimpulan

kegiatan interface seperti melting memiliki efek mendalam pada interaksi

partikel. Untuk moderat St dan rentang Re tertutup, hasil kami dapat diringkas sebagai

berikut. Sedimentasi dari satu partikel yang mencair didominasi oleh konflik antara

konveksi paksa dan alami. Pencairan perubahan morfologi permukaan partikel, tetapi

efek langsung terhadap sedimentasi sebagian besar kuantitatif. Sebaliknya, interaksi

antara dua partikel secara kualitatif diubah dengan pelelehan. Penyusunan DKT ditekan

sebagai aturan. Dua partikel terpisah dari satu sama lain pada Gr rendah tapi menarik satu

sama lain pada Gr lebih tinggi. Lapisan mencair membantu menstabilkan doublet yang

dibentuk oleh dua partikel. Perilaku ini, diekstrapolasikan ke multi-partikel aliran dua

fase, dapat menyebabkan agregasi dari fase partikulat yang sebagian besar tersebar dalam

ketiadaan mencair. Karena simulasi dalam dua dimensi, akan diinginkan untuk menguji

atas spekulasi dengan percobaan.