Odvození a validace zjednodušeného modelu přestupu hmoty v laminární souproudé komoře pro studium nukleace
https://cesnet.zoom.us/j/95653379731
Laminární souproudá komora je unikátní zařízení, které bylo vyvinuté na Ústavu chemických procesů ve spolupráci s Ústavem termomechaniky AV ČR ke studiu homogenní nukleace v binárních a ternárních směsích. Pro toto zařízení byl odvozen a testován zjednodušený analytický model přenosu hmoty. Idealizací rychlostního pole v oblasti laminárního souproudu pomocí pístového toku a zanedbáním axiální disperze se rovnice transportu hmoty redukují na 1D nestacionární problém difúze ve válcových souřadnicích pohybujících se spolu s tekutinou. Takto zjednodušený model má analytické řešení v podobě nekonečných řad. V práci byla diskutována vhodnost volby rychlosti proudění pístového toku pro tento model a na základě hydrodynamické vstupní délky byly identifikovány dva základní režimy proudění kapaliny. Zjednodušený model přenosu hmoty by měl sloužit jako nástroj pro experimentální návrh a vyhodnocení výsledků, který nevyžaduje zdlouhavé výpočty a transparentně ukazuje vliv hlavních parametrů. Byl testován na problému homogenní nukleace aerosolů v systému kyselina sírová-voda. Pro účely testování byla použita nově naměřená experimentální data pro vznik aerosolových částic při teplotách 15 °C a 27 °C, relativní vlhkosti 38 % a různých koncentracích kyseliny sírové. Výsledky analytického modelu byly porovnány s CFD výpočty. Ukázalo se, že zejména při vhodné volbě rychlosti pístového toku je rozdíl mezi numerickým modelem CFD a zjednodušeným analytickým modelem menší než experimentální nejistota naměřených dat. To opravňuje použití zjednodušeného modelu přenosu hmoty pro účely kvantitativního vyhodnocení experimentů s laminární souproudou komorou.
Trávníčková, T., Havlica, J., Kozakovic, M., Hrubý, J. and Ždímal, V.: Derivation and validation of a simplified analytical mass transfer model of the laminar co-flow tube for nucleation studies. Int. J. Heat Mass Tranf. 2021, 179, 121705. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2021.121705