Numerical investigation of clean-in-place procedures in closed processing system

The extended discrete element method (XDEM) multi-physics and multi-scale simulation platform is being developed at the Institute of Computational Engineering, the University of Luxembourg. The platform is an advanced multi-physics simulation technology that combines flexibility and versatility to establish the next generation of multi-physics and multi-scale simulation tools. For this purpose, the simulation framework relies on coupling various predictive tools based on an Eulerian and Lagrangian approach. The Eulerian approach represents the wide field of continuum models; the Lagrangian approach is perfect for characterizing discrete phases. Continuum models thus include classical simulation tools, such as computational fluid dynamics simulation and finite element analysis, while an extended configuration of the classical discrete element method addresses the discrete (e.g., particulate) phase. Apart from predicting the trajectories of individual particles, XDEM-suite extends the application of the XDEM to estimating the thermodynamic state of each particle using advanced and optimized algorithms. The thermodynamic state may include temperature and species distributions due to chemical reaction and external heat sources. Hence, coupling these extended features with either computational fluid dynamics simulation or finite element analysis opens a wide range of applications as diverse as pharmaceuticals, agriculture, food processing, mining, construction and agricultural machinery, metals manufacturing, energy production and systems biology.

Il metodo a elementi discreti (XDEM) e la piattaforma di simulazione su più scale sono stati sviluppati presso l'Istituto di Ingegneria Computazionale dell'Università di Lussemburgo. La piattaforma è un'avanzata tecnologia di simulazione multi-fisica che combina flessibilità e versatilità per stabilire la prossima generazione di strumenti di simulazione multi-fisica e su scala multi-scalare. A questo scopo, il quadro di simulazione si basa sull'accoppiamento di vari strumenti predittivi basati su un approccio euleriano e lagrangiano. L'approccio euleriano rappresenta l'ampio campo dei modelli continui; l'approccio lagrangiano è perfetto per caratterizzare fasi discrete. I modelli del continuo includono quindi strumenti di simulazione classici, come la simulazione computazionale della fluidodinamica e l'analisi agli elementi finiti, mentre una configurazione estesa del classico metodo degli elementi discreti affronta la fase discreta. Oltre a predire le traiettorie delle singole particelle, XDEM-suite estende l'applicazione dell'XDEM alla stima dello stato termodinamico di ciascuna particella utilizzando algoritmi avanzati e ottimizzati. Lo stato termodinamico può includere la distribuzione della temperatura e delle specie dovuta a reazioni chimiche e fonti di calore esterne. Quindi, accoppiare queste funzionalità estese con la simulazione della fluidodinamica computazionale o con l'analisi agli elementi finiti apre una vasta gamma di applicazioni diverse come farmaceutica, agricoltura, trasformazione alimentare, estrazione mineraria, costruzione e macchine agricole, produzione di metalli, produzione di energia e biologia dei sistemi.