Modelo de Dos Zonas para lechos fijos con información asistida por CFD

Abstract

En este trabajo se presenta un modelo matemático para la representación de la transferencia de calor en lechos Fjos denominado Modelo de Dos Zonas, en el cual se divide al lecho en una zona adyacente a la pared del tubo y una zona central. Se desarrolla una metodología para la determinación apropiada de los parámetros propios del modelo mediante la utilización de ±luidodinámica Computacional. En esta etapa del estudio se determina el ²ujo de calor sobre la pared de tubo, con el Fn de obtener uno de los parámetros del modelo: el coeFciente de transferencia de calor sobre la pared. Poseriormente, se correlacionará con las condiciones geométricas y operativas del lecho. La C±D reemplaza, de esta forma, a la realización de experiencias especíFcas y se utiliza como herramienta para la generación de información de alta precisión.Se analiza el caso de un sólido de baja conductividad, lo que corresponde por analogía al caso de transferencia de materia equivalente y se utilizan condiciones operativas correspondientes al proceso de reformado de gas natural con vapor de agua. El software utilizado es el programa ±luent 6.2.16 (Computational ±luid Dynamics Software) y la malla para el cálculo se genera mediante el programa Gambit 2.2.30. Se presentan resultados obtenidos para lechos rellenos con partículas esféricas y se comparan los resultados obtenidos con información existente en bibliografía.

A Two-Zone Mathematical model for heat transfer in Fxed beds (Two Zones Model) is proposed in this work. According to the model, the bed is divided in two zones: the Frst region -adjacent to the wall- plays an important role in the heat transfer process and the second one -the bulk zone- allows the heat to be transported from and to the center of the tube. An appropriate methodology for the estimation of the model parameters, based on the application of Computational ±luid-Dynamics, is developed here.SpeciFcally, the total heat ²ux at the tube wall is calculated with the aim of evaluating the heat transfer coefFcient at the wall, hw. This coefFcient could be later correlated with geometrical and operating conditions in the bed. The C±D technique used, in this way, replaces well the information based on experimental work, and constitutes a useful tool for obtaining precise information dealing with the bed behavior.In this work, the case of low-conductivity solid particles, which is strictly the analogous case of mass transfer process, is dealt with. Operation conditions of steam reforming of natural gas were adopted in calculations. The software used for C±D is ±luent 6.2.16 (Computational ±luid Dynamics Software) assisted in the mesh generation by the use of the software Gambit 2.2.30.Results obtained for spherical particle beds are presented and compared with previous contributions reported in the literature.