Crecimiento de una burbuja única debido a la supersaturación: comparación de la modelización basada en correlaciones con la simulación CFD
Autores: Manthey, Johannes; Ding, Wei; Mehdipour, Hossein; Guesmi, Montadhar; Unz, Simon; Hampel, Uwe; Beckmann, Michael
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 11
Citaciones: Sin citaciones
Este documento investiga y evalúa la posible aplicabilidad de los coeficientes de transferencia de masa globales derivados de experimentos a gran escala al crecimiento de burbujas individuales en un flujo sobresaturado. Por lo tanto, presenta, para una velocidad de flujo específica, una comparación entre la modelización basada en correlaciones y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de Simulación de Grandes Remolinos - Volumen de Fluido (LES-VOF) (tamaño mínimo de celda de 10 um, t = 10 us). Después de la verificación de la CFD con burbujas de nucleación en piscina, se consideran dos casos: (1) la burbuja fluyendo en el volumen y (2) una burbuja en una pared con un flujo cruzado. La modelización basada en correlaciones resulta en una relación casi lineal entre el radio de la burbuja y el tiempo; mientras tanto, teóricamente, la regla de auto-similitud ofrece. La correlación de Avdeev da el mejor acuerdo con la simulación CFD para una burbuja en el volumen de flujo (caso 1), mientras que el enfoque laminar para el cálculo del tiempo de exposición de la teoría de penetración muestra un buen acuerdo con la simulación CFD para el crecimiento de la burbuja en la pared (caso 2). Este estudio preliminar proporciona la primera validación cuantitativa de las correlaciones de coeficientes de transferencia de masa globales a la escala de burbuja única, sugiriendo que las simulaciones CFD computacionalmente intensivas pueden ser omitidas para estimaciones rápidas. El trabajo futuro ampliará el análisis a un rango más amplio de velocidades de flujo y diámetros de burbujas para validar aún más estos hallazgos.
Descripción
Este documento investiga y evalúa la posible aplicabilidad de los coeficientes de transferencia de masa globales derivados de experimentos a gran escala al crecimiento de burbujas individuales en un flujo sobresaturado. Por lo tanto, presenta, para una velocidad de flujo específica, una comparación entre la modelización basada en correlaciones y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD) de Simulación de Grandes Remolinos - Volumen de Fluido (LES-VOF) (tamaño mínimo de celda de 10 um, t = 10 us). Después de la verificación de la CFD con burbujas de nucleación en piscina, se consideran dos casos: (1) la burbuja fluyendo en el volumen y (2) una burbuja en una pared con un flujo cruzado. La modelización basada en correlaciones resulta en una relación casi lineal entre el radio de la burbuja y el tiempo; mientras tanto, teóricamente, la regla de auto-similitud ofrece. La correlación de Avdeev da el mejor acuerdo con la simulación CFD para una burbuja en el volumen de flujo (caso 1), mientras que el enfoque laminar para el cálculo del tiempo de exposición de la teoría de penetración muestra un buen acuerdo con la simulación CFD para el crecimiento de la burbuja en la pared (caso 2). Este estudio preliminar proporciona la primera validación cuantitativa de las correlaciones de coeficientes de transferencia de masa globales a la escala de burbuja única, sugiriendo que las simulaciones CFD computacionalmente intensivas pueden ser omitidas para estimaciones rápidas. El trabajo futuro ampliará el análisis a un rango más amplio de velocidades de flujo y diámetros de burbujas para validar aún más estos hallazgos.