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Influencia de la Forma de la Burbuja en la Transferencia de Masa en Medios Multifásicos: Análisis CFD de los Gradientes de Concentración

Autores: Nizovtseva, Irina; Mikushin, Pavel; Starodumov, Ilya; Makhaeva, Ksenia; Nikishina, Margarita; Vikharev, Sergey; Averkova, Olga; Alexandrov, Dmitri; Chernushkin, Dmitrii; Lezhnin, Sergey

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2025

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Acceso abierto

Artículo científico
2025

Influencia de la Forma de la Burbuja en la Transferencia de Masa en Medios Multifásicos: Análisis CFD de los Gradientes de Concentración


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Mecánica

Palabras clave

Estudio
Formas de burbujas
Transferencia de masa gas-líquido
Superfórmula
Simulaciones CFD
Campo de concentración

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 1

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Nuestro estudio investiga cómo las formas de burbujas no esféricas influyen en la transferencia de masa gas-líquido a través de la interfaz de la burbuja. Se utiliza un descriptor de forma analítico, a saber, Superfórmula, para definir paramétricamente la interfaz de la burbuja, lo que permite simulaciones CFD eficientes en un rango de números de Reynolds (Re) y Eötvös (Eo). Al prescribir la geometría de la burbuja de manera analítica, evitamos simulaciones costosas de captura de interfaz y calculamos directamente el campo de concentración sin la pre-equiparación de la forma de frontera transitoria. El enfoque representado es computacionalmente eficiente y captura el impacto de la forma de la burbuja y los parámetros de flujo en los gradientes de concentración de gas disuelto en el líquido circundante. Los resultados muestran que la deformación de la burbuja altera la distribución de gas disuelto alrededor de la burbuja y la tasa de transferencia de masa en general, con un Re más alto que mejora el transporte convectivo y un Eo más alto (burbujas más deformadas), lo que lleva a capas límite de concentración anisotrópicas. El marco desarrollado no solo avanza en la comprensión fundamental de los mecanismos de transferencia de masa impulsados por burbujas, sino que también aborda directamente las necesidades industriales, particularmente en la optimización de la entrega de oxígeno dentro del contorno de biorreactores y procesos aireados similares. La estrategia de modelado eficiente propuesta proporciona una base para desarrollar herramientas de sustitución rápidas en marcos de modelado híbrido, donde se incorporan conocimientos CFD de alta fidelidad en simulaciones de procesos multifásicos a gran escala.

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