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

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.

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.

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).

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).