skip to Main Content
Modellering van complexe poreuze materialen – een experimentele benadering

Doel: Vloeistofstroom door poreuze media (materialen die poriën of holtes bevatten) is een interessant maar ook moeilijk en complex studiegebied. Vloeistofstroom door een poreus medium bestaat meestal uit een doordringende vloeistof of gas door een labyrint van een vast materiaal. Dit solide labyrint kan bijvoorbeeld een willekeurig verpakt bed van korrels, stenen, aarde of zand of een pak gestapelde rietjes zijn.

Het concept van poreuze media kom je op allerlei plekken tegen en wordt in de industrie gebruikt bij tal van processen; filtratie, ventilatie, warmteoverdracht, bio-engineering, drainage, olie-extractie, droogprocessen en meer. Deze poreuze media maken meestal deel uit van grotere systemen. De complexe geometrieën van de poreuze media zelf zijn tijdrovend en bijna onmogelijk om nauwkeurig en volledig gedetailleerd te simuleren. Het poreuze medium kan echter worden gemodelleerd als een ‘zwarte doos’ die een drukval in het grotere systeem induceert en de kenmerken van het poreuze materiaal vertegenwoordigt.

Om het poreuze medium te vervangen door deze ‘zwarte doos’, moeten de stromingskenmerken door het poreuze medium worden bepaald. Een experimentele methode voor de karakterisering van het poreuze medium is ontwikkeld en gevalideerd.

Aanpak: Een modulaire testopstelling is ontworpen om experimenteel het drukverlies door een poreus medium te meten. Uit de gegevens van het experiment wordt een drukvalrelatie afhankelijk van de superficiële stroomsnelheid en lengteschaal afgeleid.

De resultaten van het experiment worden vergeleken met analytische resultaten, waarbij de wet van Darcy (Darcy-Forchheimer) en de Ergun-vergelijking worden vergeleken met volledige gedetailleerde simulaties, waarbij de poreuze media volledig worden gesimuleerd met een vergelijkbare ‘void’ fractie en permeabiliteit.

Bij een simulatie kan de drukrelatie, zoals afgeleid uit het experiment, de geometrie van het poreuze medium vervangen. Deze nieuwe ‘black box’ die het gedrag van het poreuze medium simuleert, kan nu de gedetailleerde poreuze media op systeemniveau vervangen, waardoor de simulatie veel sneller is en toepasbaar voor gebruik op systeemniveau.

Resultaat: Er is een goede vergelijking gemaakt tussen de Ergun-theorie, volledige gedetailleerde simulaties en de experimentele opstelling. Er is aangetoond dat de experimentele aanpak snel en betrouwbaar is en kan worden gebruikt voor verschillende soorten poreuze media.

Uitgebreide simulaties kunnen nu worden vervangen door een snel en gevalideerd experiment. Het experiment zorgt voor een waarheidsgetrouwe en nauwkeurige weergave van het specifieke poreuze medium. Deze methode kan nu in het algemeen worden gebruikt om allerlei soorten poreuze media te karakteriseren.
Als u een uitdaging in uw proces hebt, met betrekking tot een vloeistofstroom door een poreus-achtig materiaal, aarzel dan niet om ons te bellen, dan kijken we hoe we u verder kunnen helpen!

blank
Back To Top