Computational investigation of transport phenomena in adsorption bed
Adsorpsiyon yatağındaki taşınım olaylarının hesaplamalı incelenmesi
- Tez No: 831589
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ULUDAĞ, PROF. DR. GÜRKAN KARAKAŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Dünyada artan nüfusla birlikte artan enerji kullanımı, enerji kaynaklarının tükenmesiyle birlikte öncelikli bir konu haline gelmiştir. Günümüzde araştırmacılar çevre dostu enerji teknolojileri geliştirmeye ve mevcut atık ısı kaynaklarından yararlanmaya odaklanmaktadır. Kimyasal ısı pompası sistemleri, geniş depolama kapasiteleri, uzun vadeli reaktan ve ürün depolamaları ve azaltılmış ısı kaybı nedeniyle sürdürülebilir atık ısı geri kazanımının umut verici bir yoludur. Adsorpsiyon bazlı kimyasal ısı pompalarının bu kategoride başka yararlı avantajları da vardır. Ancak halen devam eden araştırma alanları olan pek çok pratik sorun bulunmaktadır. Ana dezavantajlardan biri, dolgulu yatak sistemlerinin zayıf ısı ve kütle transfer özelliği ve adsorbanın düşük ısıl iletkenliğidir. Bu nedenle tasarım aşamasında dolgulu adsorpsiyon yatağının zayıf ısı ve kütle transfer özelliklerinin iyileştirilmesi çok önemlidir. Dolgulu yatak sistemleri için literatürde çeşitli modelleme yaklaşımları mevcuttur. Ancak geleneksel sözde homojen ve heterojen modeller, yerel gözeneklilik dağılımı nedeniyle meydana gelen tüm karmaşık olayları yakalamak için yeterli değildir. Bu çalışmada, parçacık çözümlü Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği yaklaşımı kullanılarak etanol/aktif karbon adsorpsiyon yatağını simüle etmek için teorik ve hesaplamalı bir model geliştirildi. Öncelikle reaktör yatağı 3 boyutlu olarak modellendi ve ardından simüle edildi. Yatağın rastgele doldurulmuş yapısı, ticari EDEM yazılımı kullanılarak Ayrık Elemanlar Yöntemi ile oluşturuldu ve silindirik reaktör, küresel parçacıklarla dolduruldu. Daha sonra küresel parçacıklarla dolu 3 boyutlu geometri için ağ oluşturma işlemi ticari ön işlemci ICEM CFD yazılımı kullanılarak gerçekleştirildi. Çarpıklığı önlemek ve CFD simülasyonları için iyi kalitede ağ elde etmek amacıyla temas noktası iyileştirme çalışmaları yürütüldü. Geliştirilen ağ modelinin CFD simülasyonları için ANSYS Fluent yazılımı kullanıldı. Yatağın çok ölçekli modellemesi süreklilik, momentum, enerji denklemleri ve adsorpsiyon modeline dayalı olarak yapıldı. Bu çalışma, küçük tüp-partikül çapı oranına sahip rastgele doldurulmuş adsorpsiyon yatağında hem partikül içi hem de interstisyel akışkan bölgesinin taşıma özelliklerinin kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlar. Prosedür, rastgele doldurulmuş adsorpsiyon yatakları için katalizör parçacığının ve reaktörün tasarımında kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
The world's rising level of energy usage with increasing population has become a high-priority issue with the depletion of energy sources. Nowadays, researchers concentrate on developing environmentally friendly energy technologies and utilizing available waste heat sources. Chemical heat pump systems are a promising way of sustainable waste heat recovery because of their large storage capacity, long-term reactant and product storage, and reduced heat loss. Adsorption-based chemical heat pumps have further useful advantages in this category. Yet, there are still many practical issues that are ongoing research areas. One of the main disadvantages is the poor heat and mass transfer characteristic of the packed bed systems and the low thermal conductivity of the adsorbent. Therefore, improving the poor heat and mass transfer characteristics of the packed adsorption bed in the design step is crucial. Several modelling approaches are available in the literature for packed bed systems. However, conventional pseudo-homogeneous and heterogeneous models are insufficient to capture all the complex phenomena happening due to local porosity distribution. In this study, a theoretical and computational model to simulate the ethanol/activated carbon pairing adsorption bed was developed using particle-resolved Computational Fluid Dynamics approach. First, the reactor bed was 3D-modelled and then simulated. Random packing structure of the bed was generated by Discrete Element Method using commercial Altair EDEM software and the cylindrical reactor was packed with spherical particles. Then the mesh generation for 3D geometry packed with spherical particles was performed using commercial preprocessor ANSYS ICEM CFD software. Contact point treatment studies were conducted to avoid skewness and achieve good-quality mesh for CFD simulations. ANSYS Fluent software was used for the CFD simulations of the developed mesh model. Multiscale modelling of the bed was performed based on continuity, momentum, energy equations and adsorption model. This study thoroughly explains the transport properties of both the intra-particle and the interstitial fluid region in a randomly packed adsorption bed with small tube-to-particle diameter ratio. The procedure can be utilized for the design of catalyst particles and reactors for randomly packed adsorption beds.
Benzer Tezler
- Experimental and computational investigation of transport phenomena in initiated chemical vapor deposition (iCVD) process
Başlatılmış kimyasal buhar biriktirme prosesinde taşınım işlemlerinin deneysel ve hesaplamalı incelemesi
SELCAN ATEŞ
Doktora
İngilizce
2017
Kimya Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖZGENÇ EBİL
- Dikey bir porselen levhadan taşınımla eşzamanlı ısı ve kütle geçişi olaylarının teorik & ampirik bağıntılar ve dijital görüntü işleme kullanılarak incelenmesi
Investigation of convective heat and mass transfer phenomena from a vertical plate by using empirical correlations and digital image processing
AYKUT EFE
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT ÇAKAN
- 90 derecelik değişik kesitli dirseklerde türbülanslı akışın sayısal analizi
Numerical analysis of turbulent flow in various sections in 90 degree bends
ELA AYTEL ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
Makine MühendisliğiErciyes ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SEBAHATTİN ÜNALAN
- Comprehensive investigation of plasma behavior in diverse gas discharge phenomena: Fluid modeling, chaotic dynamics, and synchronization
Çeşitli gaz deşarj olaylarında plazma davranışlarının kapsamlı incelemesi: Akışkan modelleme, kaotik dinamikler ve senkronizasyon
CİHAN YEŞİL
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL RAFATOV
- Effects of leading edge tubercles on wing sail performance
Önder kenar yumrularının kanat yelken performansına etkisi
HARUN KEMALİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Gemi Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞEBNEM HELVACIOĞLU
DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ZİYA SAYDAM