{"id":26922,"date":"2026-09-15T16:27:46","date_gmt":"2026-09-15T14:27:46","guid":{"rendered":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/portfolio\/marzieh-kordnejad\/"},"modified":"2026-10-31T11:32:38","modified_gmt":"2026-10-31T10:32:38","slug":"marzieh-kordnejad","status":"publish","type":"us_portfolio","link":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/portfolio\/marzieh-kordnejad\/","title":{"rendered":"Marzieh Kordnejad"},"content":{"rendered":"","protected":false},"featured_media":26923,"template":"","meta":{"_acf_changed":false},"university_us_portfolio":[20],"class_list":["post-26922","us_portfolio","type-us_portfolio","status-publish","has-post-thumbnail","hentry","university_us_portfolio-tu-eindhoven"],"acf":{"main_text":"","naam_van_het_proefschift":"Fluidization of Charged Particles","samenvatting":"Elektrostatische lading, veroorzaakt door tribo-elektrificatie, is een inherent verschijnsel in gas-vaste wervelbedden die isolerende deeltjes bevatten en kan de hydrodynamica, deeltjesbeweging, vervuiling en warmteoverdracht aanzienlijk be\u00efnvloeden. Hoewel elektrostatische effecten vaak worden waargenomen in industri\u00eble wervelbedprocessen zoals polymeerdrogen, coating en granulatie, worden ze vaak behandeld als secundaire storingen in plaats van sturende krachten die de reactorprestaties direct be\u00efnvloeden. Dit proefschrift combineert numerieke modellering en experimentele onderzoeken om het begrip van elektrostatische verschijnselen in wervelbedden en hun implicaties voor industri\u00eble toepassingen te verbeteren.\n\nHet proefschrift begint met een overzicht van de fysische mechanismen die verantwoordelijk zijn voor tribo-elektrische lading, inclusief contactelektrificatie tussen geleider-geleider, geleider-isolator en isolator-isolator. De invloed van elektrostatische interacties op het fluidisatiegedrag wordt besproken, samen met bestaande experimentele en numerieke studies, waarbij de resterende uitdagingen in het nauwkeurig voorspellen van geladen deeltjessystemen worden belicht.\n\nHet eerste deel van het proefschrift richt zich op de numerieke modellering van elektrostatische interacties in CFD-DEM-simulaties. Omdat directe Coulombkrachtberekeningen kwadratisch schalen met het aantal deeltjes, worden ze snel computationeel onbetaalbaar voor industri\u00eble simulaties. Om deze beperking te overwinnen, is een hi\u00ebrarchische deeltjes-celmethode ontwikkeld waarin kortetermijn elektrostatische interacties direct worden ge\u00ebvalueerd met behulp van de wet van Coulomb, terwijl langetermijninteracties effici\u00ebnt worden benaderd met behulp van gebundelde ladingen binnen computationele cellen. Validatie tegen exacte Coulombkrachtberekeningen voor een driedimensionaal wervelbed met 70.000 geladen deeltjes toont aan dat de voorgestelde methode de nauwkeurigheid van elektrostatische krachtvoorspellingen aanzienlijk verbetert, terwijl de computationele effici\u00ebntie behouden blijft. Bijgevolg biedt de methode een effici\u00ebnt en betrouwbaar kader voor het opnemen van langetermijn elektrostatische interacties in grootschalige CFD-DEM-simulaties.\n\nHet ontwikkelde numerieke kader wordt vervolgens toegepast om de invloed van elektrostatische lading op de hydrodynamica van het wervelbed te onderzoeken.\n\nDe simulaties tonen aan dat elektrostatische interacties de minimale fluidisatiesnelheid verhogen, de bubbelvorming vertragen, het gemeten bubbeloppervlak verkleinen, de deeltjescirculatiepatronen wijzigen en de bedleegte vergroten. De contourplots geven verder aan dat geladen bellen meer langwerpig worden, terwijl hun grenzen steeds diffuser worden door de deeltjespenetratie. Deze veranderingen ontstaan doordat elektrostatische krachten vergelijkbaar worden met gravitatie- en weerstandskrachten, waardoor de krachtbalans die de deeltjesbeweging regelt, fundamenteel verandert.\n\nExperimentele onderzoeken met een pseudo-tweedimensionaal wervelbed met Geldart B-glasdeeltjes bevestigen de numerieke waarnemingen. De gemeten ladingsaccumulatie met behulp van een Faraday-beker resulteerde in een toename van ongeveer 33% van de minimale fluidisatiesnelheid onder droge omstandigheden, vergeleken met vochtige omstandigheden, waar elektrostatische lading grotendeels werd onderdrukt. Bubbelkarakteristieken werden ook aanzienlijk gewijzigd. Analyse van het bubbeloppervlak toonde een vermindering van het gemeten bubbeloppervlak, terwijl contouranalyse meer langwerpige bellen met steeds diffusere gas-vaste interfaces door deeltjespenetratie onthulde. Samen tonen de numerieke en experimentele resultaten aan dat elektrostatische lading een uitgesproken invloed heeft op het fluidisatiegedrag.\n\nHet laatste deel van het proefschrift onderzoekt de gevolgen van elektrostatische lading voor vervuiling en warmteoverdracht in wervelbedden die HDPE-deeltjes bevatten. Metingen van ladingsdichtheid, vervuilingsmassa en warmteoverdrachtsco\u00ebffici\u00ebnt tonen een duidelijk verband aan tussen elektrostatische lading, deeltjesafzetting en thermische prestaties. Deeltjesgroepen die een hogere ladingsaccumulatie vertoonden, met name kleinere deeltjes (fijne deeltjes) of met een grotere deeltjesgrootteverdeling, produceerden meer vervuiling op het geaarde verwarmingselement en bijgevolg lagere warmteoverdrachtsco\u00ebffici\u00ebnten. De gemeten warmteoverdrachtsco\u00ebffici\u00ebnt nam tijdens de werking geleidelijk af tot minder dan de helft van de theoretische waarde voorspeld door de Molerus-correlatie voor een schoon wervelbed. Vergelijking van deeltjesgroepen toont verder aan dat een verhoogde elektrostatische lading de vervuilingsvorming bevordert, waardoor de thermische weerstand tussen het verwarmingsoppervlak en de gefluidiseerde deeltjes toeneemt en de warmteoverdrachtprestaties afnemen.\n\nAl met al toont dit proefschrift aan dat elektrostatische interacties niet als secundaire effecten in gas-vaste wervelbedden kunnen worden beschouwd. Elektrostatische lading be\u00efnvloedt direct de hydrodynamica van het wervelbed, de vervuilingsvorming en de warmteoverdrachtprestaties. Door een nauwkeurig en computationeel effici\u00ebnt elektrostatisch modelleringskader te combineren met uitgebreide experimentele validatie, biedt dit werk nieuwe inzichten in de mechanismen die geladen deeltjessystemen regelen en legt het een basis voor meer voorspellende CFD-DEM-simulaties en een verbeterd industrieel wervelbedontwerp en -werking.","summary":"Electrostatic charging caused by triboelectrification is an inherent phe nomenon in gas\u2013solid fluidized beds containing insulating particles and can significantly influence hydrodynamics, particle motion, fouling, and heat transfer. Although electrostatic effects are frequently observed in industrial fluidized-bed processes such as polymer drying, coating, and granulation, they are often treated as secondary disturbances rather than as governing forces that directly influence reactor performance. This thesis combines numerical modeling and experimental investigations to improve the under standing of electrostatic phenomena in fluidized beds and their implications for industrial applications.\n\nThe thesis begins by reviewing the physical mechanisms responsible for triboelectric charging, including conductor\u2013conductor, conductor\u2013insulator, and insulator\u2013insulator contact electrification. The influence of electrostatic interactions on fluidization behavior is discussed together with existing experimental and numerical studies, highlighting the remaining challenges in accurately predicting charged particulate systems.\n\nThe first part of the thesis focuses on the numerical modeling of electrostatic interactions in CFD\u2013DEM simulations. Because direct Coulomb force calculations scale quadratically with the number of particles, they rapidly become computationally prohibitive for industrial-scale simulations. To overcome this limitation, a hierarchical particle-cell method is developed in which short-range electrostatic interactions are evaluated directly using Coulomb\u2019s law, while long-range interactions are efficiently approximated using lumped charges within computational cells. Validation against exact Coulomb-force calculations for a three-dimensional fluidized bed containing 70,000 charged particles demonstrates that the proposed method substantially improves the accuracy of electrostatic force predictions while maintaining computational efficiency. Consequently, the method provides an efficient and reliable framework for incorporating long-range electrostatic interactions into large-scale CFD\u2013DEM simulations.\n\nThe developed numerical framework is subsequently applied to investigate the influence of electrostatic charging on fluidized-bed hydrodynamics.\n\nThe simulations demonstrate that electrostatic interactions increase the minimum fluidization velocity, delay bubble formation, reduce the measured bubble area, modify particle circulation patterns, and increase bed voidage. The contour plots further indicate that charged bubbles become more elongated while their boundaries become increasingly diffuse because of particle penetration. These changes arise because electrostatic forces become comparable to gravitational and drag forces, fundamentally altering the force balance governing particle motion.\n\nExperimental investigations using a pseudo-two-dimensional fluidized bed containing Geldart B glass particles confirm the numerical observations. Charge accumulation measured using a Faraday cup resulted in an approximately 33% increase in the minimum fluidization velocity under dry conditions compared with humidified conditions, where electrostatic charging was largely suppressed. Bubble characteristics were also significantly modified. Bubble-area analysis showed a reduction in the measured bubble area, while contour analysis revealed more elongated bubbles with increasingly diffuse gas\u2013solid interfaces due to particle penetration. Together, the numerical and experimental results demonstrate that electrostatic charging has a pronounced influence on fluidization behavior.\n\nThe final part of the thesis investigates the consequences of electrostatic charging for fouling and heat-transfer performance in fluidized beds containing HDPE particles. Measurements of charge density, fouling mass, and heat-transfer coefficient demonstrate a clear relationship between electrostatic charging, particle deposition, and thermal performance. Particle groups exhibiting higher charge accumulation, particularly smaller particles (fines) or with a larger particle size distribution produced greater fouling on the grounded heating element and consequently lower heat-transfer coefficients. The measured heat-transfer coefficient progressively decreased during operation to less than half of the theoretical value predicted by the Molerus correlation for a clean fluidized bed. Comparison of particle groups further demonstrates that increased electrostatic charging promotes fouling formation, thereby increasing the thermal resistance between the heating surface and the fluidized particles and reducing heat-transfer performance.\n\nOverall, this thesis demonstrates that electrostatic interactions cannot be regarded as secondary effects in gas\u2013solid fluidized beds. Electrostatic charg ing directly influences fluidized-bed hydrodynamics, fouling formation, and heat-transfer performance. By combining an accurate and computationally efficient electrostatic modeling framework with comprehensive experimental validation, this work provides new insight into the mechanisms governing charged particulate systems and establishes a foundation for more predictive CFD\u2013DEM simulations and improved industrial fluidized-bed design and operation.","auteur":"Marzieh Kordnejad","auteur_slug":"marzieh-kordnejad","publicatiedatum":"8 oktober 2026","taal":"EN","url_flipbook":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/ebook\/marziehkordnejad?iframe=true","url_download_pdf":"https:\/\/ebook.proefschriftmaken.nl\/download\/1e22a4ee-e4da-4196-a7b2-8fdf96e944c2\/highres","url_epub":"","ordernummer":"19520","isbn":"978-90-386-6792-8","doi_nummer":"","naam_universiteit":"TU Eindhoven","afbeeldingen":26923,"video_url":"","podcast_url":"","naam_student:":"","binnenwerk":"","universiteit":"TU Eindhoven","cover":"","afwerking":"","cover_afwerking":"","design":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio\/26922","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/us_portfolio"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/types\/us_portfolio"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media\/26923"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=26922"}],"wp:term":[{"taxonomy":"university_us_portfolio","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.proefschriftmaken.nl\/en\/wp-json\/wp\/v2\/university_us_portfolio?post=26922"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}