Modelado Computacional del Crecimiento de Burbujas Usando el Método Acoplado de Nivel de Conjunto-Volumen de Fluido
Autores: Taqieddin, Amir; Liu, Yuxuan; Alshawabkeh, Akram N.; Allshouse, Michael R.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Modelado Computacional del Crecimiento de Burbujas Usando el Método Acoplado de Nivel de Conjunto-Volumen de Fluido
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Generación
Burbujas
Flujos reactivos
Especies
Transporte
Hidrodinámica
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Entender la generación, el crecimiento y la dinámica de las burbujas a medida que absorben o liberan gas disuelto en flujos reactivos es crucial para optimizar la eficiencia de sistemas electroquímicos de evolución de gas como la electrólisis de agua alcalina o la producción de hidrógeno. Para modelar mejor estos sistemas de flujo burbujeante, utilizamos un enfoque acoplado de conjunto de niveles y volumen de fluido integrado con un modelo de transporte de especies de un solo fluido para estudiar la dinámica de burbujas estacionarias y ascendentes en flujos reactivos de dos fases. Para lograr esto, se incorporan términos fuente en las ecuaciones de continuidad y conservación de fase para permitir que la burbuja crezca o se encoja a medida que las especies se mueven a través de la interfaz. La verificación de la hidrodinámica del solucionador para sistemas no reactivos demuestra la necesaria captura de interfaz de alta fidelidad y conservación de masa necesarias para incorporar el transporte de especies. En sistemas reactivos donde las especies impactan el volumen de la burbuja, el modelo reproduce la tasa de crecimiento controlada por difusión teóricamente predicha y medida experimentalmente (es decir, R(t) proporcional a t^0.5). El modelo se aplica entonces a burbujas ascendentes para demostrar el impacto del transporte de especies tanto en la velocidad y forma de la burbuja como en el campo de concentración en su estela. Este modelo mejorado permite la incorporación de campos eléctricos y reacciones químicas que son esenciales para estudiar la hidrodinámica fisicoquímica en sistemas multifísicos.
Descripción
Entender la generación, el crecimiento y la dinámica de las burbujas a medida que absorben o liberan gas disuelto en flujos reactivos es crucial para optimizar la eficiencia de sistemas electroquímicos de evolución de gas como la electrólisis de agua alcalina o la producción de hidrógeno. Para modelar mejor estos sistemas de flujo burbujeante, utilizamos un enfoque acoplado de conjunto de niveles y volumen de fluido integrado con un modelo de transporte de especies de un solo fluido para estudiar la dinámica de burbujas estacionarias y ascendentes en flujos reactivos de dos fases. Para lograr esto, se incorporan términos fuente en las ecuaciones de continuidad y conservación de fase para permitir que la burbuja crezca o se encoja a medida que las especies se mueven a través de la interfaz. La verificación de la hidrodinámica del solucionador para sistemas no reactivos demuestra la necesaria captura de interfaz de alta fidelidad y conservación de masa necesarias para incorporar el transporte de especies. En sistemas reactivos donde las especies impactan el volumen de la burbuja, el modelo reproduce la tasa de crecimiento controlada por difusión teóricamente predicha y medida experimentalmente (es decir, R(t) proporcional a t^0.5). El modelo se aplica entonces a burbujas ascendentes para demostrar el impacto del transporte de especies tanto en la velocidad y forma de la burbuja como en el campo de concentración en su estela. Este modelo mejorado permite la incorporación de campos eléctricos y reacciones químicas que son esenciales para estudiar la hidrodinámica fisicoquímica en sistemas multifísicos.