Fluid flow and dispersion predictions in porous media by utilizing advanced numerical methods
Pietarinen, Kari (2005)
Tiivistelmä
Diplomityön tavoitteena oli tarkastella numeerisen virtauslaskennan avulla
virtaukseen liittyviä ilmiöitä ja kaasun dispersiota. Diplomityön sisältö on jaettu
viiteen osaan; johdantoon, teoriaan, katsaukseen virtauksen mallinnukseen
huokoisessa materiaalissa liittyviin tutkimusselvityksiin, numeeriseen mallinnukseen
sekä tulosten esittämiseen ja johtopäätöksiin.
Diplomityön alussa kiinnitettiin huomiota erilaisiin kokeellisiin, numeerisiin ja
teoreettisiin mallinnusmenetelmiin, joilla voidaan mallintaa virtausta huokoisessa
materiaalissa. Kirjallisuusosassa tehtiin katsaus aikaisemmin julkaistuihin
puoliempiirisiin ja empiirisiin tutkimusselvityksiin, jotka liittyvät huokoisen
materiaalin aiheuttamaan painehäviöön. Numeerisessa virtauslaskenta osassa
rakennettiin ja esitettiin huokoista materiaalia kuvaavat numeeriset mallit käyttäen
kaupallista FLUENT -ohjelmistoa. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen
virtauslaskennan ja kokeellisten tutkimusselvitysten tuloksia. Kolmiulotteisen
huokoisen materiaalinnumeerisessa mallinnuksesta saadut tulokset vaikuttivat
lupaavilta. Näiden tulosten perusteella tehtiin suosituksia ajatellen tulevaa virtauksen
mallinnusta huokoisessa materiaalissa.
Osa tässä diplomityössä esitetyistä tuloksista tullaan esittämään 55. Kanadan
Kemiantekniikan konferenssissa Torontossa 1619
Lokakuussa 2005. ASME :n
kansainvälisessä tekniikan alan julkaisussa. Työ on hyväksytty esitettäväksi
esitettäväksi laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) aihealueessa 'Peruskäsitteet'.
Lisäksi työn yksityiskohtaiset tulokset tullaan lähettämään myös CES:n julkaisuun. The aim of this thesis was to study the fluid flow behavior and fluid dispersion in
porous medium. The content of this study is divided in five parts; introduction,
theory, brief to reports of porous medium modeling, numerical modeling and results.
In the beginning attention was pointed to the brief to literature and to different
approaches of modeling fluid flow through porous medium. The prediction of
pressure drop across porous medium and dispersion of fluids were examined in theory
part. In the representation of experimental works and results section, three
experimental work reports related to pressure drop across porous medium were
presented. Next phase was the generation of porous medium by utilizing commercial
computational fluid dynamics software (FLUENT). The FLUENT -models are
presented in numerical modeling chapter. Several numerical models of porous
medium composed of spheres were generated. In the end of the study the results of
theory, numerical flow calculations and results of experimental research works were
evaluated. Results of modeling three dimensional porous medium are promising and
according to these results numerical modeling of porous medium suggestions were
made to add knowledge in modeling of porous medium.
A short version of this work may be presented at the 55th Canadian Chemical
Engineering Conference in Toronto, October 1619,
2005. The presentation has been
assigned to the "Fundamentals" symposium in the session, "Computational Fluid
Dynamics". In addition a detailed versionwill be submitted to Chemical Engineer
Science for a Journal publication.
virtaukseen liittyviä ilmiöitä ja kaasun dispersiota. Diplomityön sisältö on jaettu
viiteen osaan; johdantoon, teoriaan, katsaukseen virtauksen mallinnukseen
huokoisessa materiaalissa liittyviin tutkimusselvityksiin, numeeriseen mallinnukseen
sekä tulosten esittämiseen ja johtopäätöksiin.
Diplomityön alussa kiinnitettiin huomiota erilaisiin kokeellisiin, numeerisiin ja
teoreettisiin mallinnusmenetelmiin, joilla voidaan mallintaa virtausta huokoisessa
materiaalissa. Kirjallisuusosassa tehtiin katsaus aikaisemmin julkaistuihin
puoliempiirisiin ja empiirisiin tutkimusselvityksiin, jotka liittyvät huokoisen
materiaalin aiheuttamaan painehäviöön. Numeerisessa virtauslaskenta osassa
rakennettiin ja esitettiin huokoista materiaalia kuvaavat numeeriset mallit käyttäen
kaupallista FLUENT -ohjelmistoa. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen
virtauslaskennan ja kokeellisten tutkimusselvitysten tuloksia. Kolmiulotteisen
huokoisen materiaalinnumeerisessa mallinnuksesta saadut tulokset vaikuttivat
lupaavilta. Näiden tulosten perusteella tehtiin suosituksia ajatellen tulevaa virtauksen
mallinnusta huokoisessa materiaalissa.
Osa tässä diplomityössä esitetyistä tuloksista tullaan esittämään 55. Kanadan
Kemiantekniikan konferenssissa Torontossa 1619
Lokakuussa 2005. ASME :n
kansainvälisessä tekniikan alan julkaisussa. Työ on hyväksytty esitettäväksi
esitettäväksi laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) aihealueessa 'Peruskäsitteet'.
Lisäksi työn yksityiskohtaiset tulokset tullaan lähettämään myös CES:n julkaisuun.
porous medium. The content of this study is divided in five parts; introduction,
theory, brief to reports of porous medium modeling, numerical modeling and results.
In the beginning attention was pointed to the brief to literature and to different
approaches of modeling fluid flow through porous medium. The prediction of
pressure drop across porous medium and dispersion of fluids were examined in theory
part. In the representation of experimental works and results section, three
experimental work reports related to pressure drop across porous medium were
presented. Next phase was the generation of porous medium by utilizing commercial
computational fluid dynamics software (FLUENT). The FLUENT -models are
presented in numerical modeling chapter. Several numerical models of porous
medium composed of spheres were generated. In the end of the study the results of
theory, numerical flow calculations and results of experimental research works were
evaluated. Results of modeling three dimensional porous medium are promising and
according to these results numerical modeling of porous medium suggestions were
made to add knowledge in modeling of porous medium.
A short version of this work may be presented at the 55th Canadian Chemical
Engineering Conference in Toronto, October 1619,
2005. The presentation has been
assigned to the "Fundamentals" symposium in the session, "Computational Fluid
Dynamics". In addition a detailed versionwill be submitted to Chemical Engineer
Science for a Journal publication.