Přenos tepla v granulárních materiálech

Felicita VAISOVÁ

Bachelor's thesis

Heat transfer in granular materials

Abstract:

V této práci byly provedeny počítačové simulace pro transport tepla pomocí open-source softwaru LIGGGHTS zahrnující 5000 kulových částic o průměru 4 mm ve vertikálním míchadle se zkosenými lopatkami. Cílem práce bylo analyzovat vliv rotační rychlosti míchadla, tepelné vodivosti materiálu a Youngova modulu pružnosti na transport tepla ze stěn nádoby do granulárního materiálu. Výsledky ukazují, že kromě počáteční fáze, transport tepla v dynamických systémech je intenzivnější než ve statických, protože konvektivní toky zabezpečují vyšší teplotní gradienty mezi částicemi v kontaktu. Bylo zjištěno, že u obou zkoumaných rotačních rychlostí míchadla se do tepelné homogenizace aktivně zapojují rovněž sekundární toky částic. Z výsledků rovněž vyplývá, že intenzita transportu tepla závisí jak na tepelné vodivosti materiálu, tak na volbě Youngova modulu pružnosti. Na základě testů korekce na uměle snížený Youngův modul pružnosti bylo zjištěno, že použitá korekce na kontaktní plochu během dotyku dvou částic, je vhodná i pro mnohačetnou interakci více zrn ve statickém systému.

Abstract:

In this work, computational simulations for heat transport were performed by using the open-source software LIGGHTS involving 5000 spherical particles of diameter 4 mm in a vertical stirrer with angled blades. The aim of this work was to analyze the effect of the rotational speed of the agitator, the thermal conductivity of the material and the Young's modulus on the heat transport from the vessel walls to the granular material. The results have shown that except for the initial phase, heat transport in dynamic systems is more efficient than in static systems because convective flows provide higher temperature gradients between particles in contact. Besides secondary flows of the particles were found to be actively involved in thermal homogenization for both investigated stirrer rotational speeds. The results have also shown that the intensity of heat transport depends on both the thermal conductivity of the material and the choice of Young's modulus. Based on tests of the correction for artificially reduced Young's modulus, it has been found that the correction applied to the contact area during contact between two particles is suitable for multiple grain interactions in a static system.

Keywords

přenos tepla, DEM, metoda diskrétních prvků, mixér s lopatkami

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 5. 5. 2023

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Martin Svoboda, Ph.D.

JAN EVANGELISTA PURKYNĚ UNIVERSITY IN ÚSTÍ NAD LABEM

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Chemistry and Toxikolgy / Chemistry and Toxicology