Fluid mechanics of liquid–solid fluidization in the centrifugal field

Authors

  • Jan Margraf,

    1. Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology, Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany
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  • Joachim Werther

    Corresponding author
    1. Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology, Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany
    • Institute of Solids Process Engineering and Particle Technology, Hamburg University of Technology, Hamburg, Germany
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Abstract

The flow pattern in the bed and in the freeboard of a liquid–solid fluidized bed operated in the centrifugal field was investigated. Centrifugal accelerations between 20 and 500 times the gravity were acting on the particles. Both the radius-dependent centrifugal acceleration and the Coriolis force were found to strongly influence the fluid dynamics. A CFD simulation of the liquid flow in absence of particles showed high tangential velocities which were two orders of magnitude higher than the radially oriented fluidizing velocity. Measurements with a 1 m diameter rotor confirmed the calculations and revealed that also the liquid–solid fluidized bed is moving in the tangential direction although with lower speed than the pure liquid. The bed expansion under these conditions can be described by a Richardson–Zaki type correlation.

Abstract

On a étudié le profil d'écoulement dans le lit et dans l'espace libre d'un lit fluidisé liquide–solide fonctionnant dans un champ centrifuge. Des accélérations centrifuges de 20 à 500 fois la gravité agissaient sur les particules. On a trouvé que l'accélération centrifuge dépendante du rayon et la force de Coriolis ont une forte influence sur la dynamique des fluides. Une simulation CFD de l'écoulement liquide en l'absence de particules montre des vitesses tangentielles élevées de deux ordres de grandeur supérieures à la vitesse de fluidisation dans le sens radial. Des mesures avec un rotor de 1 m de diamètre confirment les calculs et révèlent également que le lit fluidisé liquide–solide se déplace dans le sens tangentiel, quoique moins vite qu'avec le liquide pur. L'expansion de lit dans ces conditions peut être décrite par une corrélation de type Richardson–Zaki.

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