Numerični model adsorpcijskega procesa pri toku v kanalu : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2013

Adsorpcija   adsorpcija v kanalu   adsorpcijsko satovje   Disertacije   metoda robnih elementov   Numerični modeli   računska dinamika tekočin   SLD ravnotežni model

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V doktorski disertaciji je predstavljen numerični model za simulacijo adsorpcijskega procesa v kanalu, ki ima na svojih stenah nameščeno plast adsorbenta. V kanalu teče tok nosilne tekočine z zelo nizko koncentracijo adsorbata, ki se zaradi med-molekularnih sil adsorbira v plast adsorbenta. Zaradi nizke koncentracije adsorbata v nosilnem mediju le ta ne vpliva na tokovne razmere v kanalu, ampak je vključen le v adsorpcijski proces. Simulacija toka tekočine v kanalu je izvedena z reševanjem sistema Navier-Stokesovih ohranitvenih enačb, ki so diskretizirane z metodo robnih elementov. Adsorpcijski prenos snovi adsorbata iz glavnine tekočine v plast adsorbenta je modeliran s prilaganjem vrednosti robne koncentracije. Koncentracija adsorbata se ob medfazni površini v tekočini in nad plastjo adsorbenta namreč zaradi adsorpcijskih procesov znižuje, kar povzroči nastanekkoncentracijskega gradienta v smeti proti plasti adsorbenta in z njim povezan snovni tok. Vrednost robne koncentracije je odvisna od porazdelitvenega koeficienta, oziroma razmerja med akumulirano ter ravnotežno množino adsorbata v plasti adsorbenta. Ravnotežna množina adsorbata v plasti adsorbenta je določena s primernim ravnotežnim modelom, ki podaja omenjene vrednosti na podlagi temperature in koncentracije adsorbata ter snovnih lastnosti dostopnih v literaturi. V numerični shemi so sicer bili uporabljani štirje različni ravnotežni modeli in sicer Freundlichov, Dubinin-Radushkevichev ter SLD ravnotežna modela na osnovi Van der Waalsove ter Peng-Robinsonove enačbe stanja. Z izdelanim numeričnim modelom je bila nato izvedena vrsta simulacij toka revne mešanice zraka ter butana v kanalu, ki je imel na stenah nameščeno plast aktivnega oglja. Na podlagi rezultatov simulacij so bile izvedene: analiza primernosti računske mreže, analiza primernosti časovnega koraka ter primerjava rezultatov z referenčnimi rezultati drugih avtorjev. Primerjava rezultatov kaže, da izdelana numerična rutina omogoča natančno simuliranje adsorpcijskih procesov v kanalu. V zaključku sta bili izvedeni še parametrični analizi vpliva hitrosti ter temperature na adsorpcijski proces v kanal ter podane smernice za nadaljnjo raziskovalno delo.

08.08.2023