Opis projektu
Zaawansowana analiza turbulentnych przepływów wielofazowych w procesach inżynieryjnych
Wiele procesów naturalnych i przemysłowych, w tym w reaktorach chemicznych oraz przy wydobyciu ropy naftowej i gazu, obejmuje dwie lub więcej odrębnych faz (takich jak ciecz, gaz lub ciało stałe) i wykazuje ruch turbulentny. Interakcje między tymi fazami mogą być złożone i prowadzić do szerokiego zakresu zachowań oraz dynamiki. Zrozumienie i kontrolowanie tych turbulentnych przepływów wielofazowych jest kluczowe dla optymalizacji wydajności i efektywności zastosowań. Finansowany przez ERBN projekt FragTuRe zakłada opracowanie uniwersalnej teorii fragmentacji kropelek i pęcherzyków w turbulencji. Prace obejmują multidyscyplinarne podejście łączące badania teoretyczne, techniki eksperymentalne i rekonstrukcję kształtu. Wyniki tych prac powinny przyczynić się do lepszego zrozumienia i kontroli turbulentnych procesów emulgowania na potrzeby zastosowań inżynieryjnych.
Cel
Droplets and bubbles are omnipresent in many environmental and industrial applications that involve atomization and emulsification processes, and the ability to control the size of these dispersed elements in turbulent multiphase flows is essential for design and optimization purposes. Despite the importance of the fragmentation of one fluid in another one by turbulent eddies, a universal theory applicable to a majority of the scenarios is still missing. Following the seminal work of Hinze on characterizing the size of the largest stable droplets in turbulence known as Kolmogorov-Hinze theory, I aim to revisit this concept with a novel deterministic approach through theoretical investigation, experimental characterization, and numerical simulation. In my recent contribution, I have presented a novel description for the Hinze scale based on the concept of enstrophy transport across the scales in turbulence, which could serve as the basis for my deterministic approach to studying turbulent emulsification. By providing the theoretical basis for sustained homogenous isotropic turbulent flows, I will measure the spectral rate of enstrophy transport rates by the vortex stretching, surface tension, and other relevant mechanisms in a drop-laden turbulent flow in the lab using tomographic PIV and shape reconstruction. Furthermore, by performing direct numerical simulation (DNS), I will explore the situations where experimentation may be limited such as highly-dense emulsifications and surfactant-laden environments. The simulations will provide a large dataset based on which we could generate a universal theory for emulsification in turbulent drop-laden and bubbly flows. The FragTuRe project revisits the fundamental understanding of turbulent fragmentation by a concept that has not been employed before and aims at generating a novel case-independent universal correlation for the Hinze scale that is essential in many engineering applications.
Słowa kluczowe
Program(-y)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Temat(-y)
System finansowania
HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstytucja przyjmująca
4040 Linz
Austria