Przedmiotem niniejszej pracy było poszukiwanie nowych konstrukcji mieszalników zbiornikowych i dyspergatorów przepływowych używanych w procesie wytwarzania farb. Testowymi surowcami była woda oraz węglan wapnia o dwóch różnych rozmiarach cząstek. Nowe konstrukcje urządzeń opracowano za pomocą symulacji CFD badając różne parametry procesowe i geometrie aparatów. Nowe konstrukcje charakteryzują się przede wszystkim mniejszym zużyciem energii. Wykazano jednocześnie możliwość rezygnacji z przegród w mieszalniku zbiornikowym oraz możliwość zwiększenia szybkości pompowania dyspergatora dzięki zmianie geometrii elementów aparatu.
EN
New, energetically-efficient designs of mixing tanks and in-line dispersing devices for paint production are presented. Water and calcium carbonate with two different particle sizes were used as raw materials. The new designs were found using CFD simulations. Different process parameters and device geometries were investigated. New devices consume less energy comparing to apparatuses presently used in paint industry. The simulations also showed that baffles have no influence on mixing efficiency in a new mixing tank and a proper change of the dispersing device geometry can increase pumping capacity without the increase of power consumption.
Simulations of turbulent mixing in two types of jet mixers were carried out using two CFD models, large eddy simulation and k-ε model. Modelling approaches were compared with experimental data obtained by the application of particle image velocimetry and planar laser-induced fluorescence methods. Measured local microstructures of fluid velocity and inert tracer concentration can be used for direct validation of numerical simulations. Presented results show that for higher tested values of jet Reynolds number both models are in good agreement with the experiments. Differences between models were observed for lower Reynolds numbers when the effects of large scale inhomogeneity are important.
W pracy przedstawiono sposób przewidywania przebiegu złożonych procesów chemicznych (przebiegu złożonych reakcji chemicznych i proces precypitacji) przy wykorzystaniu modeli wielkowirowych. Jako reaktory testowe wybrano dwa typy reaktorów zderzeniowych, charakteryzujące się wysoką intensywnością mieszania. Analiza wyników pokazała możliwość wpływania na jakość powstającego produktu poprzez dobór warunków mieszania reagentów i przydatność metody LES.
EN
The paper presents an application of large eddy simulations to predict a course of complex processes (parallel chemical reactions, precipitation process) carried out in selected types of jet reactors. Results of simulations were validated using PIV and PLIF techniques and also by comparing model predictions with experimental data for test reactions. The study showed an example of influence of process conditions on product quality and potential of LES for solving typical chemical and process engineering problems.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a collection of experimental data from particle image velocimetry and planar laser induced fluorescence methods containing local microstructures of fluid velocity and inert tracer concentration in jet reactors. The results of experiments, performed with resolution of the level of several microns, can be used for direct validation of CFD models, especially for timedependent mixing model used in large eddy simulations.
PL
W artykule przedstawiono wyniki badań doświadczalnych przeprowadzonych z wykorzystaniem zaawansowanych technik laserowych, takich jak anemometria laserowa i laserowo indukowana fluorescencja w celu uzyskania informacji na temat pola prędkości i stężenia trasera w wybranych typach reaktorów zderzeniowych. Wyniki eksperymentalne posłużyły do weryfikacji obliczeń numerycznych z wykorzystaniem obliczeniowej mechaniki płynów w szczególności modeli wielkowirowych.
5
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents an application of large eddy simulations to predict a course of precipitation process carried out in selected types of jet reactors. In the first part of this work the simulations results were validated using PIV and PLIF techniques and also by comparing model predictions with experimental data for fast parallel chemical test reactions. In the second part of this work predictions of modeling are compared with experimental data for BaSO4 precipitation. Precipitation model is tested in this part also by comparing predictions of the model based on LES with results obtained using the multiple-time-scale mixing model combined with the k‒ɛ model.
PL
W artykule przedstawiono zastosowanie modelowania wielkowirowego procesu precypitacji siarczanu baru przebiegającego w reaktorach zderzeniowych. W pierwszej części pracy uzyskane wyniki numeryczne zweryfikowano z wykorzystaniem technik laserowych oraz z wynikami doświadczalnymi dla przebiegu złożonych reakcji chemicznych. W drugiej części pracy rozważano przebieg procesu precypitacji siarczanu baru. Wyniki modelowania wielkowirowego dodatkowo porównano z wynikami symulacji z użyciem modelu k‒ɛ oraz modelu mieszalnik burzliwego.
W pracy przedstawiono sposób modelowania wpływu mieszania na przebieg procesu precypitacji siarczanu baru przy wykorzystaniu modeli wielkowirowych. Jako reaktory testowe wybrano dwa typy reaktorów zderzeniowych, charakteryzujące się wysoką intensywnością mieszania. Analiza wyników pokazała możliwość wpływania na jakość powstającego produktu poprzez dobór warunków mieszania reagentów i przydatność metody LES.
EN
The method of Large Eddy Simulation (LES) is applied in this work to simulate a course of complex processes in the non-premixed, turbulent reactive flows of incompressible fluids. Effects of mixing on various scales on the quality of final products are investigated for precipitation processes. To achieve the high intensity of mixing, two impinging jet reactors are employed. The study has shown an example of influence of process conditions on product quality and potential of LES for solving typical chemical and process engineering problems.
Za pomocą techniki PIV zmierzono i porównano prędkości kropel oleju w wodzie i prędkości wody w układzie jednofazowym. Badania przeprowadzono w mieszalniku zbiornikowym z mieszadłem Rushtona. Badania wykazały maksymalną różnicę w prędkościach rzędu 30% w okolicy mieszadła oraz porównywalne wartości szybkości dyssypacji energii. Przy niskich ułamkach objętościowych fazy rozproszonej, średnice kropel można przewidywać wykorzystując modele CFD dla układów jednofazowych.
EN
Velocities of oil drops in emulsion and water in a homogeneous system were measured using PIV technique. Investigations were carried out in a tank equipped with the Rushton turbine. The maximum difference between velocities was observed close to the impeller and was equal to 30%. However, there was no difference in values of energy dissipation rate in both systems. For a low dispersed phase volume fraction, drop diameters can be predicted using CDF models for a homogeneous system.
The aim of the project was to collect experimental data regarding local distributions of fluid velocity and inert tracer concentration in a tank reactor with turbulent flow. The experiments were performed in a microscale in a region of tracer fluid injection. The results of experiments can be used for direct validation of currently developed CFD models, particularly for time-dependent mixing models used in LES.
Praca dotyczy modelowania właściwości Teologicznych zawiesiny, której struktura zmienia się w czasie pod wpływem naprężeń hydrodynamicznych wytwarzanych w procesie deaglomeracji. Zaprezentowany sposób modelowania pozwala przewidywać chwilowe wartości lepkości zawiesiny oraz ich zmiany w czasie w zależności od chwilowych wartości parametrów charakteryzujących fazę rozproszoną w przepływie laminarnym i burzliwym.
EN
A modelling method of suspension rheology for deagglomeration process is presented. Structure of suspension depends on hydrodynamic stresses generated during the process. The method predicts a time-depended value of suspension viscosity as a result of solid phase parameters' variations. Simulations for laminar and turbulent flow were performed.
W pracy rozważano pracę reaktora rurowego z dozowaniem osiowym. Porównano doświadczalne rozkłady stężeń trasera uzyskane z wykorzystaniem zawansowanej technika laserowej PLIF z wynikami obliczeń numerycznych wykonanych przy użyciu pakietu obliczeniowej mechaniki płynów Fluent i modelu k-ε. Uzyskano dobrą zgodność wyników obliczeniowych z danymi doświadczalnymi.
EN
The aim of this work was to collect experimental data regarding local mi-crostructures of inert tracer concentration in a pipe reactor with turbulent flow. The results of experiments, performed with the level resolution of several microns, can be used for direct validation of currently developed CFD models. Main problem in modeling of fast processes in turbulent flow is the correct description of mixing mechanisms in closest surroundings of a feeding place. Therefore, investigations of concentration distributions in this area were the most important in our work.
Modelowano proces starzenia Ostwalda stosując różne metody rozwiązywania równania bilansu populacji. Dla przypadku zawiesin kryształów siarczanu baru symulowano proces starzenia używając dokładnej metody klas oraz metod kwadraturo wy ch. W pracy porównano wyniki symulacji uzyskane tymi metodami i przedyskutowano trudności i niedoskonałości metod kwadraturowych stosowanych do opisu zjawiska starzenia.
EN
Experimental data concerningjet type outflow from a vessel and geometry of liquid stream outflowing from cracks of different shapes were presented in the paper. A phenomenon of 180° turn of liquid stream outflowing from tank cracks for every examined cracks shape and liquids were observed. A distance from the crack in tank wall to the turn point depended on the crack absolute length and vessel overpressure. The mathematical description of phenomenon was proposed.
W pracy przedstawiono wyniki modelowania procesu precypitacji siarczanu baru w kanałowym reaktorze przepływowym z poprzecznym dozowaniem. W celu zweryfikowania obliczeń numerycznych, wykonanych z użyciem obliczeniowej mechaniki płynów, doświadczalnie wyznaczono pola prędkości oraz pola stężenia trasera technikami PIV i PLIF. Wyznaczono wpływ szybkości mieszania i szybkości dozowania na przebieg procesu.
EN
Effects of mixing and dosing rate on precipitation of barium sulphate in a continuous channel reactor with the cross dosing system are presented in the paper. The CFD calculations of flow and tracer concentration fields were experimentally validated by PIV and PLIF measurement techniques.
W pracy przedstawiono sposób modelowania lepkości zawiesiny cząstek fraktalopodobnych na przykładzie zawiesiny cząstek syntetycznej krzemionki w wodzie. Lepkość zawiesiny zmieniała się w czasie na wskutek procesu deaglomeracji w jednowymiarowym układzie o stałych naprężeniach hydrodynamicznych. Pokazano też przykład wyników modelowania procesu wytwarzania nanozawiesin za pomocą ultradźwięków.
EN
Modelling of suspension viscosity for suspension of fractal-like agglomerates (fumed silica particles suspended in water) is presented. The suspension viscosity changes due to deagglomeration process carried out in a ID system with constant hydrodynamic stresses. An example of simulation results for nanosuspension preparation using ultrasounds is also presented.
W pracy przedstawiono przykładowe możliwości kontroli przebiegu złożonych reakcji chemicznych, pod kątem jakości powstającego produktu. Jako reakcję testową wybrano precypitację siarczanu baru. W celu zweryfikowania obliczeń numerycznych, wykonanych z użyciem obliczeniowej mechaniki płynów, doświadczalnie wyznaczono pola stężenia trasera techniką PLIF.
EN
Effects of mixing and dosing rate on the control of complex chemical reactions' course are presented in the paper. Process of precipitation of barium sulphate was chosen as a test reaction. The CFD calculations of flow and tracer concentration fields were experimentally validated by PLIF measurements.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Shear flows of particulate suspensions are investigated for the effect of particle clustering on viscosity using aggregation, breakage and restructuring models for effective viscosity of the suspension and CFD simulation. A complex model based on suspension structure and employing the QMOM population balance modeling is formulated for aggregates consisting of primary nano-particles. Results of numerical simulations are presented for turbulent flows including generation of turbulence and flow laminarization. The k-[epsilon]. and LES models of turbulence were applied. The model has universal character and can be used to any system of three-dimensional geometry including that of practical importance - see an example of the rotor-stator mixer.
PL
Przepływy zagregowanych zawiesin obserwowane są w wielu zastosowaniach technicznych, stanowią też interesujące wyzwanie badawcze ze względu na fakt, że struktura przepływu i generowane naprężenia burzliwe zależą od struktury zawiesiny, struktura zagregowanej zawiesiny zależy od rozmiarów, stężenia i struktury agregatów, zaś rozmiary i struktura agregatów zależą od naprężeń burzliwych i struktury przepływu. Wymienione współzależności opisano, korzystając z CFD, bilansu populacji i modelu konstytutywnego wiążącego lepkość zawiesiny z jej strukturą. Podano przykładowe wyniki symulacji, łącznie z tymi o znaczeniu praktycznym.
A general model for nano-particle suspension formulation that includes effects of particle breakage on suspension structure and resulting rheology is proposed and applied. The model employs the QMOM population balance to simulate the process of aggregate dispersion in a rotor-stator device. Simulations are performed with the CFD code Fluent supplemented with UDFs for process kinetics, aggregate structure and suspension rheology. A method of application of the population balance equation to describe evolution of be-fractal aggregates has been presented and effects of application of either uniform or erosion daughter distribution compared. Examples of comparison of model predictions with experimental data are presented as well.
PL
W pracy zaproponowano i zastosowano ogólny model rozpadu zbudowanych z nanocząstek aglomeratów; model ten opisuje wpływ rozpadu aglomeratów na strukturę i reologię zawiesiny. Symulację rozpadu aglomeratów w urządzeniu typu rotor-stator przeprowadzono rozwiązując równania bilansu populacji z wykorzystaniem metody kwadratur (QMOM). Do obliczeń wykorzystano pakiet CFD Fluent uzupełniony o definiowane przez użytkownika funkcje opisujące kinetykę rozpadu aglomeratów, strukturę aglomeratów i reologię zawiesiny. Pokazano metodę wykorzystania bilansu populacji do opisu ewolucji populacji aglomeratów bi-fraktalnych, zarówno dla równomiernego jak i erozyjnego rozkładu fragmentów. Pokazano też przykłady porównania wyników modelowania z wynikami doświadczalnymi.
17
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The process of precipitation of solid products from two liquid ionic solutions is interpreted theoretically and simulated using PDF closure procedure developed earlier by the authors. The process is described using statistically averaged balance equations including species balances for the reactants and the population balance for particles. The method enables the particle size to be predicted and compared with the experimental data. The criteria for either including or neglecting micromixing effects in modeling are presented and discussed.
A method for modelling of BaSO4 precipitation in a double-feed semibatch stirred tank reactor is presented. Exact simulation of the process is performed by CFD in the feed zone whereas the other part of the tank is considered as a semibatch well-mixed reactor. The closure method for precipitation is also applied.
Shear flows of particulate suspensions are modelled using aggregation, breakage and restructuring models as well as relations for effective viscosity of the suspension, and CFD simulations. A complex model based on suspension structure and employing the quadrature method of moments is formulated. Results of numerical simulations are presented for laminar and turbulent flows.
Niniejsza praca prezentuje możliwości wykorzystania metody QMOM (Quadrature Method of Moments) do modelowania bilansu populacji cząstek fazy rozproszonej. Metodę sprzęgnięto z modelem mieszania przez zagarnianie i przeprowadzono symulację procesu półokresowej precypitacji z roztworów jonowych.
EN
Method of application of the Quadrature Method of Moments (QMOM) for simulation of the population balance of particles is presented in this work. The method is combined with the Engulfmet Model of micromixing. Results of simulation of semibatch precipitation from ionic solutions are presented as well.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.