Geometrická optimalizace reaktoru se zkrápěným ložem

Anna KOKAVCOVÁ

Bakalářská práce

Geometrical optimalization of trickle-bed reactor

Anotace:

Tato práce se zabývá simulací proudění v náplňových reaktorech. Cílem práce je návrh metodologie pro vytváření sypaných vrstev částic, optimalizace výpočetní sítě a simulace turbulentního proudění tekutiny. Sypané vrstvy byly vytvářené pomocí metody diskrétních prvků s využitím open-source softwaru LIGGGHTS. Simulace proudění vzduchu skrze sypanou vrstvu byly provedeny řešením rovnice kontinuity a Navierových-Stokesových rovnic společně s turbulentním modelem SST k- v open-source softwaru OpenFOAM. V rámci simulací bylo použito 5 typů částic (kuličky, malé válečky, velké válečky, malé duté válečky a velké duté válečky) a tři vstupní rychlosti (1, 5 a 10 m/s). Hydrodynamika proudění přes vrstvu byla následně vyhodnocena na základě rychlostních a tlakových polí. Z výsledků je zřejmé, že tok plynu sypanou vrstvou je silně nehomogenní a závislý na lokálních hodnotách porozity. Dále bylo zjištěno, že na celkový průběh tlakového pole plynu má spíše větší vliv tvar a lokální uspořádání částic než celková porozita sypané vrstvy. Tlaková ztráta pro všechny typy vrstev roste nelineárně se vstupní rychlostí proudění. Největší tlakovou ztrátu vykazují vrstvy složené z malých válečků (duté i plné) a nejmenší duté velké válečky. Protože tlaková ztráta u malých válečků a malých dutých válečků je téměř identická, je zřejmé, že duté prostory nejsou pro transport plynu v této vrstvě využívány.

Abstract:

This thesis is focused on simulations of flow in packed-bed reactors. The primary purpose of this work is the suggestion of methodology for creating randomly packed-bed of particles, optimization of the computational grid, and simulations of turbulent flow. Fillings of the packed-bed reactors were created using the discrete element method by using open-source software LIGGGHTS. Simulations of airflow through the packed-bed were performed by solving the continuity equation and Navier-Stokes equations with the turbulent model SST k - by using open-source software OpenFOAM. For the simulations, it was used 5 types of particles (spheres, small cylinder, large cylinder, small hollow cylinder, and large hollow cylinder) and three input velocities (1, 5, and 10 m/s). The hydrodynamics of the flow through the packed-bed were evaluated based on velocity and pressure fields. It is clear from the results that the gas flow through the packed-bed is strongly inhomogeneous and dependent on local porosity values. Furthermore, it has been found that the shape and local arrangement of the particles have a greater effect on the overall course of the gas pressure field than the overall porosity of the packed-bed. The pressure drop for all types of packed-bed increases nonlinearly with the inlet flow velocity. The largest pressure drop is shown by packed-bed composed of small cylinders (hollow and full), and the smallest pressure drop is shown by big hollow cylinders. Since the pressure drop in small cylinders and small hollow cylinders is almost identical, it is clear that the empty spaces are not used for gas transport in this packed-bed.

Klíčová slova

CFD, DEM, turbulentní proudění, tlaková ztráta, náplňové reaktory, OpenFOAM

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 18. 8. 2020

Zveřejnit od: 31. 12. 2999

Obhajoba závěrečné práce

• Vedoucí: doc. Ing. Jaromír Havlica, Ph.D.

UNIVERZITA JANA EVANGELISTY PURKYNĚ V ÚSTÍ NAD LABEM

Přírodovědecká fakulta

Bakalářský studijní program / obor:
Chemie / Toxikologie a analýza škodlivin