Popis dynamiky toku, Dufourova jevu a termodifuze v modelech difuzní komory s laminárním tokem

Cílem práce bylo vyhodnotit, do jaké míry jsou výsledky nukleačních experimentů v difuzní komoře s laminárním tokem (LFDC) ovlivněny složitostí modelu pro popis transportních vlastností.

Ústav chemických procesů_logo_upr.png

Zadání projektu

Cílem práce bylo vyhodnotit, do jaké míry jsou výsledky nukleačních experimentů v difuzní komoře s laminárním tokem (LFDC) ovlivněny složitostí modelu pro popis transportních vlastností. Byl zde studován vliv typu modelu pro popis dynamiky (Navier-Stokesovy rovnice v ustáleném stavu pro popis stlačitelného ideálního plynu / aproximace parabolickým profilem) a příspěvků spřažených transportních členů popisujících Dufourův jev a termodifuzi na předpověď velikosti nukleačního maxima a jeho polohy. 

Společnost: Ústav chemických procesů, AV ČR, Praha, Česká Republika

Autor reference: Ing. Tereza Trávníčková, Ph.D

Obr1_ÚCHM_AVČR_Trávníčková.png
Obrázek: Profily získané pomocí NS modelu s Dufourovým efektem a termodifuzí, pro Ts = 292.54 K na 270 K izotermě: (a) teplota, (b) hmotnostní zlomek n-butanolu, (c) saturační koeficient a (d) nukleační rychlost

Řešení

Studie byla provedena na modelu homogenní nukleace směsi par n-butanol – He v LFDC. Byly vyhodnoceny izotermní závislosti nukleační rychlosti na přesycení při třech nukleačních teplotách: 265 K, 270 K a 280 K. Pro tento účel byla experimentální data měřená A. P. Hyvärinenem et al. znovu vyhodnocena pomocí různě složitých transportních modelů.

Obr2_ÚCHM_AVČR_Trávníčková.png
Obrázek: Profily s příspěvky intenzity hmotnostního a energetického toku, pro Ts = 292.54 K na 270 K izotermě. První řádek reprezentuje jednotlivé členy rovnice pro transport hmoty – normy intenzit toků: a) konvekce, b) difuze a c) termodifuze. Druhý řádek reprezentuje jednotlivé členy rovnice pro transport tepla – normy intenzit toků: d) konvekce, e) kondukce a f) Dufourův efekt

Výsledky

Naše výsledky ukazují, že typ dynamického modelu ovlivňuje jak pozici nukleačního maxima v LFDC, tak maximální hodnotu nukleační rychlosti. Dufourův jev a termodifuze oproti tomu významně ovlivňují pouze velikost maxima nukleační rychlosti. Jeho pozice se mění pouze nepatrně.

Publikováno v: Trávníčková T., Havlica J., Ždímal V.: Description of Fluid Dynamics and Coupled Transports in Models of a Laminar Flow Diffusion Chamber.  J. Chem. Phys. 139(6), 064701-14 (2013). 

Obr3_ÚCHM_AVČR_Trávníčková.png
Obrázek: Srovnání nukleačních rychlostí získaných pomocí různých modelů: NS - Navier-Stokesův model, PP - model s rychlostním profilem aproximovaným parabolou, TD – bilance hmoty a energie zahrnují oba spřažené jevy. Dufourův efekt i thermodifuzi. T – model zahrnuje pouze termodifuzi, D – model zahrnuje pouze Dufourův efekt.

Použitý software

Simulace byly provedeny pomocí CFD kódu Fluent 6.3. Vznik částic v systému byl v tomto programu modelován pomocí UDF založené na klasické nukleační teorii. Výsledky byly porovnány s daty publikovanými Hermann a spol., kteří použili FPM model pro Fluent.

E. Herrmann, A. P. Hyvӓrinen, D. Brus, H. Lihavainen, M. Kulmala, J. Phys. Chem. A 113, 1434-1439 (2009).

Využívaný software

ANSYS Fluent

ANSYS Fluent

Program ANSYS Fluent je nástroj pro 2D/3D počítačovou simulaci proudění (CFD). Jeho charakteristickým rysem je jeho…

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing

ANSYS Meshing je program vhodný pro vytváření hybridních výpočetních sítí pro 2D a 3D geometrie. Pro CFD simulace jsou…

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler

ANSYS DesignModeler je program určený pro tvorbu a úpravu 2D a 3D geometrií pro CFD a FEA analýzy.

ANSYS Workbench

ANSYS Workbench

Nástroj ANSYS Workbench je prostředí, které seskupuje celé spektrum simulačních programů ANSYS a je zdarma pro všechny…

Další případové studie

Simulace experimentů modelujících roztavenou aktivní zónu ve dně tlakové nádoby jaderného reaktoru

Zadržení roztavené aktivní zóny ve dně nádoby tlakovodního jaderného reaktoru (IVR, In-Vessel Retention) je jedna z…

Proudění vzduchu v brzdovém posilovači

Na základě známých vlastností sériových posilovačů byly vybrány dva reprezentativní vzorky s různým vnitřním…

Modelování stolku Mahle 94400 se středovým topením

Připravit model výhřevu rotujících vřeten na rotačním stolku Mahle 94400 se středovým topením, analyzovat teploty v…

Simulace míšení chladiva během události vedoucí k tlakově teplotnímu šoku pomocí CFD programu Ansys Fluent

Vyhodnocování tlakově teplotních šoků je důležitá úloha pro jadernou bezpečnost.