Computational simulation of soybean particles flow in a hopper using computational fluid dynamics (CFD) and discrete elements method (DEM)

Abstract

The hoppers are the most common structures used in storage units for agricultural products such as grains and cereals. The soybean, which is one of the most common products in Brazil spend most of their time in a hopper between the stages of picking and shipment. Problems such as damage to the hopper structures during the outflow are factors that have been the subject of studies using computational models. Computational Fluid Dynamics (CFD) has played a big role in gas-solid systems study, together with the Discrete Element Method (DEM). This method manages both fluid phase as the solid phase, which in this case is granular, through the Eulerian and Lagrangian approach. The DEM is based on the interaction between the particles and each one is separately monitored. This work aims to calibrate the parameters of the spring-dashpot model, in the granular dynamics of fluids study, which influences the contact between the soy particles in the silo. For this purpose, a comparison was made of the experimental discharge time of soybeans into a hopper, with the time resulting from 27 simulations generated by a central composite design (CCD). Through the analysis of the simulations and statistics, it was possible to identify the factors that influence whether or not the time of discharge and establish a calibration of these parameters that best describe the experimental results.

As dimensões das Modelagens Matemática e Computacional prescrevidas à Gestão Ambiental

“…Magalhães et al (2020), usaram o software GEOSLOPE à verificação da estabilidade do aterro sanitário determinada mediante uma análise global, por meio do método de Bishop.…”

“…Paula et al (2020), utilizaram o software FLUENT 14 nas simulações computacionais para o fluxo de partículas de soja e a partir das análises simuladas, foi possível identificar os principais elementos que interferem no tempo de descarga estabelecido à calibração dos parâmetros úteis para melhorar as estruturas mais usadas em unidades de armazenamento de produtos agrícolas, como grãos e cereais.…”

“…Um modelo dinâmico realizado para fluídos, presentes no fenômeno ruptura de barragens, foi apresentado por Dias et al (2020). Os autores desenvolveram a sua proposta utilizando o software SPHysics.…”

“…Essas informações foram publicadas por Rezaeisabzevar et al (2020). Research, Society and Development, v. 9, n. 10, e6939109013, 2020 (CC BY 4. (2020).…”

Construção de kit didático de câmara de poeira e avaliação por fluidodinâmica computacional: uma prática ativa de aprendizagem

“…Além disso, foi realizada uma simulação de fluidodinâmica computacional (CFD) do Research, Society and Development, v. 9, n. 11, e41691110069, 2020 (CC BY 4.0) | ISSN 2525-3409 | DOI: http://dx.doi.org/10.33448/rsd-v9i11.10069 7 equipamento, a fim de observar e prever o perfil de escoamento do fluido e dos sólidos, empregando o Modelo de Fase Discreta (DPM). Simulações numéricas empregando fluidodinâmica computacional são usualmente empregadas na obtenção de dados que são experimentalmente de difícil acesso, e podem ser aplicadas a diversos equipamentos, como câmaras de separação , secadores (Stoppe et al, 2020;Rocha et al, 2020), hoppers (Paula et al, 2020), leitos de jorro e fluidizado (Santos et al 2015, Araújo e Santos, 2017Santos et al, 2017), tambores rotatórios (Silvério et al, 2014), etc. Essa simulação realizada é um exemplo de possibilidade de Projeto Orientado na disciplina de Introdução à Fluidodinâmica Computacional.…”