Parametric study of gas bubbling

Abstract

Teoreettisessa osassa tätä työtä keskitytään selvittämään nesteelle ominaista sekoittumista ja tähän liittyviä parametrejä, kuten kuplien tekemää työtä, sekoitusenergiaa, nesteen kiertovirtauksia sekä kierto- ja sekoittumisaikaa. Kirjallisuusosan pyrkimyksenä on luoda kuva tärkeimmistä tällä hetkellä sekoittumisen ja sekoittumisajan määrittämiseen käytetyistä teorioista ja malleista sekä näiden eroista. Koska erilaisia sekoittumista koskevia malleja on huomattava määrä ei kattavaa erittelyä pyritty tekemään.

Kokeellisessa osassa pyritään selvittämään eri parametrien, kuten esim. tiheyden ja viskositeetin muutosten vaikutusta kaksifaasilaskenta-rutiinin toimintaan ja luotettavuuteen. Lisäksi kokeellisessa osassa tutkitaan laskentamallin kykyä mallintaa sulissa metalleissa, kuten kuparissa ja teräksessä, tapahtuvaa kuplitusta. Laskentamallin luotettavuutta pyrittiin määrittämään vertaamalla mallista saatua tietoa dimensiottomien lukujen avulla kuplan muotoa ennustavaan diagrammiin.

Kaksifaasilaskennassa käytettiin Fluent[TM] 4.32 virtauslaskentaohjelmistoa ja sen VOF-menetelmää, joka seuraa faasirajapintojen liikettä laskentahilassa tilavuusosuuksina. Itse laskentahila oli aksiaalisymmetrinen ja kaasun injektoiminen malliin tapahtui hilan symmetria-akselin suuntaisesti. Tutkittuja parametrejä olivat nesteen tiheys, viskositeetti, pintajännitys sekä kostutuskulma. Lisäksi tutkittiin nesteen lämpötilan noston aiheuttamia muutoksia tuloksiin.

Laskentamallin soveltumista sulien metallien mallinnukseen kokeiltiin tekemällä laskennat sekä kuparille (1300°C), että teräkselle (1300°C). Näiden tulosten pohjalta voidaan sanoa laskentamallin kykenevän mallintamaan sulia metalleja tietyin rajoituksin.