Numerical investigation of hydrodynamics and mass transfer in structured packing
Yapılandırılmış dolgu malzemelerinde hidrodinamik ve kütle transferinin sayısal olarak incelenmesi
- Tez No: 1001746
- Danışmanlar: PROF. DR. HAKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Makine Mühendisliği, Chemical Engineering, Engineering Sciences, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dolgulu damıtma kolonu, Gaz soğurması, Kimyasal reaksiyon, Kütle aktarımı, Sayısal akışkanlar dinamiği, Packed distillation column, Gas absorption, Chemical reaction, Mass transfer, Computational fluids dynamic
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Proses Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yapılandırılmış dolgular, baca gazı sonrası CO2 yakalama süreçlerinde merkezi bir rol oynamaktadır; ancak mikroskobik ölçekteki hidrodinamikleri ve reaktif taşınımı deneysel olarak çözümlemek güçtür. Yüksek doğruluklu hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), bu ölçekleri doğrudan incelemek için bir yol sunmaktadır. Bu çalışmada Sulzer Mellapak 500.Y için bir temsili elemanter birim (TEB, İng. Representative Elementary Unit, REU) geliştirilmiş ve iki ardışık bölümde değerlendirilmiştir: hidrodinamik ve reaktif absorpsiyon. Hidrodinamik bölümünde, tek fazlı bir CFD çalışması yürütülerek parametre bazlı basınç düşümü kalibrasyonu yapılmış, optimum levha aralığı ve gerekli sayıda üst üste dizilmiş REU sayısı belirlenmiştir. Daha önceki sıvı tutma, ara yüzey alanı ve statik/dinamik duvar temas açıları analizlerine dayanarak model, akışkan film gelişimini çözümleyen ve söz konusu hidrodinamik değişkenlerle birlikte ıslak basınç düşümünü nicel olarak hesaplayan zamana bağlı bir VOF (Volume of Fluid) formülasyonuna genişletilmiştir. Reaktif absorpsiyon bölümünde ise, MEA (Monoetanolamin) çözücüsü ile CO2 yakalaması incelenmiştir. Önceki çalışmalar genel kütle transfer katsayısını çoğunlukla iz sürücü tabanlı yöntemlerle dolaylı yoldan elde ederken, burada gaz-sıvı kütle transferini, sıvı faz reaksiyon kinetiklerini ve termodinamik dengeleri içeren, birbirine bağlı denklemler ile birlikte zamana bağlı bir VOF modeliyle tahmin gerçekleştirilmiştir. Basınç düşümü, sıvı tutma, ara yüzey alanı ve genel kütle transfer performansı çıktıları literatür verileriyle karşılaştırılmış ve uyumlu eğilimler ve büyüklükler gözlemlenmiştir. Önerilen TEB tabanlı çerçeve, dolgu geometrisini hidrodinamik ve reaktif performansa fiziksel olarak çözümlemeye dayalı fakat hesaplamalı olarak uygulanabilir bir biçimde bağlamakta, dolgu tasarımı, taraması ve ölçek büyütme için uygulanabilir yol gösterici bilgiler sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Structured packings are central to post-combustion CO2 capture, yet their microscale hydrodynamics and reactive transport remain difficult to resolve experimentally; high-fidelity computational fluid dynamics (CFD) offers a route to interrogate these scales directly. We develop a representative elementary unit (REU) of Sulzer Mellapak 500.Y and evaluate it in two consecutive parts: hydrodynamics and reactive absorption. In the hydrodynamics part, a single-phase CFD campaign performs a parametric pressure-drop calibration to identify an optimum face-to-face sheet spacing and the required number of stacked REUs. Building on prior analyses of liquid holdup, interfacial area, and static/dynamic wall contact angles, we extend the model to a transient Volume of Fluid (VOF) formulation to resolve film evolution and quantify the wet pressure drop alongside the aforementioned hydrodynamic variables. In the reactive absorption part, CO2 capture with an MEA (Monoethanolamine) solvent is CFD investigated. Whereas earlier studies often inferred overall mass-transfer coefficients via tracer-based approaches, we demonstrate a fully coupled transient VOF model that embeds gas-liquid mass transfer, liquid-phase reaction kinetics and thermodynamic equilibria to predict the overall mass-transfer coefficient. Simulation outputs for pressure drop, holdup, interfacial area, and overall mass-transfer performance are compared with literature data and exhibit consistent trends and magnitudes. The proposed REU-based framework links packing geometry to hydrodynamic and reactive performance in a physics-resolved manner, providing actionable guidance for packing design, screening, and scale-up.
Benzer Tezler
- Hydrodynamics and heat transfer in gas-driven liquid film flows
Başlık çevirisi yok
METE BUDAKLI
Doktora
İngilizce
2015
BiyoteknolojiTechnısche Unıversıtat DarmstadtPROF. DR. PETER STEPHAN
DR. TATIANA GAMBARYAN-ROISMAN
- Eksenel gaz türbini kanat ucu geometrisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile aerotermal tasarımı
Aerothermal design of axial gas turbine blade tip using computational fluid dynamics
CEM BERK ŞENEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. LEVENT ALİ KAVURMACIOĞLU
- Experimental physical modeling of hydrodynamics of a fixed owc with development of analytical and numerical models
Sabit salınımlı su sütunu dalga enerji dönüştürücü hidrodinamiğinin deneysel analitik ve nümerik olarak modellenmesi
ANIL ÇELİK
Doktora
İngilizce
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKıyı Bilimleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDÜSSELAM ALTUNKAYNAK
- Sayısal modelleme ile doğrudan metanol yakıt pili incelemesi
Numerical investigation of a direct methanol based fuel cell
TURGUT CAN TOSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
EnerjiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HADİ GENCELİ
- Eksenel akış etkisindeki plakların dinamik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the dynamic behavior of flow induced plates
FURKAN KUZGUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAHADIR UĞURLU