Model stoupající bubliny v nehybné kapalině – porovnání CFD řešičů COMSOL a Fluent .

0521814 - ÚCHP 2020 CZ cze A - Abstrakt
Crha, Jakub
Model stoupající bubliny v nehybné kapalině – porovnání CFD řešičů COMSOL a Fluent .
[Model of rising bubble in stationary liquid - comparison of CFD solver COMSOL and Fluent.]
Plenární studentské desetiminotovky - Soutěž o cenu firmy Helago. Praha: Česká společnost chemického inženýrství, 2019. ISBN N.
[Konference chemického a procesního inženýrství CHISA 2019 /66./. 21.10.2019-24.10.2019, hotel Jezerka, přehrada Seč]
Institucionální podpora: RVO:67985858
Klíčová slova: rising bubble * water * experiments
Obor OECD: Chemical process engineering
http://2019.chisa.cz/p%C5%99edn%C3%A1%C5%A1ej%C3%ADc%C3%ADposteryceny

Procesy založené na principu styku dvou a více fází jsou v chemickém průmyslu stěžejní a jsou využívány v mnoha aplikacích. Příkladem mohou být aerované kolony, kde je plynná fáze probublávána do kapalné fáze. Při popisu dynamiky systému je nutné znát nejen fyzikálně-chemické vlastnosti (hustota, viskozita, povrchové napětí) obou fází, ale především velikost a rychlosti bublin. V případě složitějších systému (více bublin, interakce, neustálené děje aj.) nelze použít jednoduchý teoretický model a je nutné řešit Navierovy-Stokesovy pohybové rovnice za pomocí vhodného CFD řešiče. Cílem této studie bylo otestovat schopnosti dvou dostupných komerčních CFD řešičů (COMSOL a Ansys Fluent) na případu jedné stoupající bubliny (Db < 1,5 mm) v nehybné kapalině. Výsledky simulace byly porovnány s experimentálními a teoretickými rychlostmi. Bylo zjištěno, že řešič COMSOL pomocí metody Level Set dokáže lépe simulovat rychlost i tvar bublin. Výpočet metodou Volume of Fluid pomocí Ansys Fluent selhal v případě malých bublin kvůli výskytu numerických chyb tzv. parazitických proudů.

Processes based on the principle of two or more phases are crucial in the chemical industry and are used in many applications. For example, aerated columns can be used where the gas phase is bubbled into the liquid phase. When describing the dynamics of the system, it is necessary to know not only the physico-chemical properties (density, viscosity, surface tension) of both phases, but also the size and velocity of the bubbles. In the case of more complicated systems (more bubbles, interactions, unsteady processes, etc.) a simple theoretical model cannot be used and it is necessary to solve Navier-Stokes equations of motion using a suitable CFD solver. The aim of this study was to test the capabilities of two available commercial CFD solver (COMSOL and Ansys Fluent) on a single rising bubble (Db <1.5 mm) in a stationary liquid. The simulation results were compared with experimental and theoretical speeds. It was found that the COMSOL solver using the Level Set method can better simulate the speed and shape of bubbles. The Volume of Fluid calculation using Ansys Fluent failed in the case of small bubbles due to the occurrence of numerical errors of so-called parasitic currents.
Trvalý link: http://hdl.handle.net/11104/0306376