Investigation of axial dispersion and simulation of flow within metal foam

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Investigation of axial dispersion and simulation of flow within metal foam"

Oskar Schmid
vor 8 Jahren
Abrufe

1 Investigation of axial dispersion and simlation of flow within metal foam Adrian Zenklsen Institt für Verfahrenstechnik, ETH Zürich

2 Motivation breite Anwendng von metallischen Schämen (Wärmetascher, Leichtba, Dämpfer, Filter sw.) Eigenschaften: zfällige Strktr, grosse innere Oberfläche, hohe Porösitat, gte Wärmeleitfähigkeit nee Anwendng: kontinierlicher Reaktor

) Eigenschaften: zfällige Strktr, grosse innere

3 Inhalt Kontinierlicher Reaktor af Basis metallischer Schäme Verweilzeitverhalten des Reaktors Strömng im Reaktor mittels Simlationen Schlssfolgerngen 3

4 Kontinierlicher Reaktor af Basis metallischer Schäme 0 ppi 30 ppi 4

5 Verweilzeitverhalten des Reaktors Verweilzeit: Zeit, welche ein Flidelement in einem System verweilt Verweilzeitverteilng in einem kontinierlichen Reaktor: Verweilzeitverteilng: E(t) Kmlative Verweilzeitverteilng: F( t) t = E( t) dt 0 5

Verweilzeitverteilng in einem kontinierlichen Reaktor:

6 Verweilzeitverhalten des Reaktors Messtechnik: Konzentration eines KCl Tracers wrde vor nd hinter dem Reaktor gemessen 6

7 Verweilzeitverhalten des Reaktors Verweilzeitverteilng E(t): Deconvoltion Methode c c C ot ot ot ( t) ( t) = = c ( jω) = C E( jω) = t 0 in c C C in ( t') E( t ( t) E( t) ot in in ( jω) E( jω) ( jω) ( jω) t') dt' F ( jω) E(t) 7

8 Verweilzeitverhalten des Reaktors Axiales Dispersionsmodel c t + c z = D c z L Verweilzeitverteilng für ein offenes System E( t) = τ 1 e π t Bo τ t Bo(1 ) τ t 4 τ with Bo = L D L and τ Hill C. G., J. ( 1977). An Introdction to Chemical Engineering Kinetics & Reactor Design, John Wiley & Sons, Inc. 8

Bo(1 ) τ t 4 τ with Bo = L D L and τ Hill C. G., J. ( 1977).

9 Verweilzeitverhalten des Reaktors Einflss von Bo nd τ af Verweilzeitverteilng t Bo(1 ) τ t 4 τ 1 E ( t) = e with Bo = π t τ Bo τ L D L 9

10 Verweilzeitverhalten des Reaktors Verweilzeitverteilng E(t): Resltate d empty tbe Re d= ν 10

11 Verweilzeitverhalten des Reaktors Kmlative Verweilzeitverteilngen F( t) = E( t) dt Propfenströmng t 0 11

12 Verweilzeitverhalten des Reaktors Axiale Dispersionskoeffizienten D L as Pe = Bo = L D L Delgado, J. (006). "A critical review of dispersion in packed beds." Heat and Mass Transfer 4(4):

13 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Gleichngen für Masse- nd Implserhaltng (Geschwindigkeitskomponenten nd Drck) Peter Habisrether, N. D., Nikolaos Zarzalis (008). "Nmerische Simlation der Mikroströmng in porösen inerten Strktren." Chemie Ingenier Technik 3:

Habisrether, N. D., Nikolaos Zarzalis (008).

14 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Trblenz: - Geschwindigkeitsfeld ist 3d, zeitabhängig nd chaotisch < 1 > < 1 > + 1,rms < 1 > - 1,rms - grosse Längen- nd Zeitskalennterschiede hohe Aflösng 14

15 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Flid: Wasser mit Stoffeigenschaften (0 C) Trblenzmodell: LES (Large eddy simlation) löst Grobstrktren direkt, modelliert Feinstrktren System: - Flent - 16 Compter parallel - Rechenzeit 5 Tage 15

simlation) löst Grobstrktren direkt, modelliert

16 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Boomsma Re = 170 d p Re = 170 d p Krishnan 006 Re = d p 0 1 Boomsma, K., D. Polikakos, et al. (003). "Simlations of flow throgh open cell metal foams sing an idealized periodic cell strctre." International Jornal of Heat and Flid Flow 4(6): Krishnan, S., J. Y. Mrthy, et al. (006). "Direct simlation of transport in open-cell metal foam." Jornal of Heat Transfer-Transactions of the Asme 18(8):

"Simlations of flow throgh open cell metal foams sing an idealized periodic cell strctre.

17 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Karimian Re = d p 40 Re = 100 d p Habisrether 008 Re = d p Karimian, S. A. M. and A. G. Straatman (008). "CFD stdy of the hydralic and thermal behavior of spherical-void-phase poros materials." International Jornal of Heat and Flid Flow 9(1): Peter Habisrether, N. D., Nikolaos Zarzalis (008). "Nmerische Simlation der Mikroströmng in porösen inerten Strktren." Chemie Ingenier Technik 3:

"CFD stdy of the hydralic and thermal behavior of spherical-void-phase poros materials.

18 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Verwendete Schamgeometrie Periodischer Scham 18

19 Strömng im Reaktor mittels Simlation Scham: < 1 > + < > blk < 1 > + < 3 > blk 19

20 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Scham:, rms + blk 3, rms 1, rms + blk, rms 1, rms + blk 3, rms 1, rms + blk, rms 0

21 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Rohr: < > blk blk x, rms blk y, rms blk 1

22 Strömng im Reaktor mittels Simlationen Rohr: Δp l sim = 5'44 Pa m Δp l theo = 5'583 Pa m Nikradse, J. (193). "Gesetzmaessigkeiten der trblenten Stroemng in glatten Rohren." Forschngs- Arb. Ing.- Wesen 356.

23 Strömng im Reaktor mittels Simlation Zwischenstück: < 1 > + < > blk < 1 > + < 3 > blk 3

24 Schlssfolgerngen Axiales Dispersionsmodel nähert gemessene Verweilzeitverteilngen gt an Verweilzeitverhalten von Schämen z anderen porösen Medien ist gleich Die Verweilzeitverteilng von laminare oder Übergangsrohrströmng wird drch eingesetzte Schamelemente wesentlich verengt Simlation zeigt gte radiale Vermischng af Trblentes Regime bestätigt drch die Grössenordnng der RMS Werte Strömng in der Einlafslänge ist ähnlich zr Strömng im entwickelten Fall Simlation dient als scaling tool 4

25 Vielen Dank für ihre Afmerksamkeit 5

Ähnliche Dokumente

ScandSorb C. Patronen- und Filtersysteme

ScandSorb C. Patronen- und Filtersysteme ScandSorb C Patronen- nd Filtersysteme ScandSorb_C Patronen- nd Filtersysteme ANWENDUNGEN Reinlft Energiegewinnng Reinram Indstrie SCHLÜSSELFAKTOREN Das Bewsstsein vieler Unternehmen, die Gesndheit ihrer