Nauka badająca krople
W ramach projektu NONFLATIMPINGEMENT (Droplet impingement on non-flat surfaces), finansowanego ze środków UE, przeprowadzono modelowanie numeryczne interakcji kropel cieczy uderzających w powierzchnie niepłaskie. Badanie to stanowi istotny postęp w porównaniu ze wcześniejszymi pracami teoretycznymi i numerycznymi, które ograniczały się do powierzchni płaskich. Zespół projektu wykorzystał w pierwszej kolejności dostępny na rynku pakiet oprogramowania ANSYS Fluent wykorzystującego obliczeniową dynamikę płynów, służącego do modelowania przepływu płynów. Jako najbardziej odpowiednią do symulacji numerycznych przepływu kropel między niemieszalnymi płynami wybrano tzw. metodę objętości płynu. Metoda ta bazuje na rozwiązaniu równań Naviera-Stokes'a zarówno w odniesieniu do przeniesienia masy, jak i momentu, a także na adwekcji skalarnej wielkości nazywanej ułamkiem objętościowym. Symulacje numeryczne pozwoliły na określenie zachowania się granicy faz między płynem i powietrzem, do czego wykorzystano technikę rozdrobnienia siatki, umożliwiającą dokładne przewidywanie danego obszaru. W ramach projektu udoskonalono też standardowe modele mające zastosowanie w warunkach krakowania katalitycznego fluidalnego, technologii powszechnie stosowanej w rafineriach ropy naftowej. Wykorzystano modele dynamicznego kąta zwilżania i nowo opracowany model siły zwilżania, aby udoskonalić modelowanie numeryczne oddziaływania między cieczami i ciałami stałymi. Uczeni sprawdzili poprawność nowej metody w świetle wcześniej opisywanych wyników modelowania, a także danych eksperymentalnych. Określono podstawowe mechanizmy rządzące dynamiką rozpływania się kropel na niepłaskich powierzchniach hydrofilowych, jak hydrofobowych, a także efekty synergii parametrów technologicznych. Model numeryczny opracowany w ramach projektu NONFLATIMPINGEMENT umożliwia symulację zjawisk zachodzących w świecie rzeczywistym i pomaga w uzyskiwaniu informacji przydatnych w procesach rafineryjnych. Przykładem może być tu przekształcanie frakcji ropy o wysokiej masie cząsteczkowej w benzynę i inne produkty.
Słowa kluczowe
Krople cieczy, uderzenie kropli, powierzchnie niepłaskie, NONFLATIMPINGEMENT, rafinerie ropy naftowej, kataliza, FCC
