Abstrakti
Partikkelilikaantumisen mallintamiseen korkeassa kiintoainepitoisuudessa on kehitetty laskennallinen malli, joka soveltuu teollisuusmittakaavan lämmönvaihtimiin.
Partikkelilikaantuminen kuvataan yleisesti peräkkäisinä tapahtumina: partikkelin kulkeutumisena pinnan läheisyyteen, kiinnittymisenä pintaan ja mahdollisesti irtoamisena pinnasta. Likaantumisnopeutta simuloitiin ensin Eulerilaisella kaksifaasimallilla, jossa kolloidisen partikkelin kulkeutumiseen nesteessä vaikuttavat voimat mallinnettiin erillisinä käyttämällä erittäin tiheää hilaa voimien vaikutusalueiden tarkastelemiseksi. Voimien mallintamisessa sovellettiin yleisesti käytettyjä malleja. Partikkelin kiinnittyminen pintaan mallinnettiin massansiirtokertoimella, jonka määrittämisessä käytettiin XDLVO-teoriaa.
Yksityiskohtaisen mallin tulosten perusteella kehitettiin partikkelilikaantumisen seinämäfunktiomalli, jota soveltamalla vältytään erittäin tiheältä hilalta seinämän läheisyydessä. Seinämäfunktiomallilla saatuja laskentatuloksia verrattiin yksityiskohtaisella mallilla saatuihin tuloksiin ja laboratoriomittakaavan likaantumislaitteistolla saatuihin koetuloksiin. Testitapauksena käytettiin koetuloksia kolloidisten kalsiittipartikkelien (CaCO3) likaantumisnopeudelle kuumalle ruostumattomalle teräspinnalle (AISI 316L) vesiseoksessa. Vertailuja tehtiin usealla lämpövuolla ja virtausnopeudella sekä kahdella korkealla partikkelipitoisuudella. Seinämäfunktiomallia sovellettiin käytännön kokoluokan aallotetun lämmönvaihtimen partikkelilikaantumisen mallintamiseen erittäin korkealla partikkelipitoisuudella. Korkean kiintoainepitoisuuden seoksen epänewtoniselle viskositeetille kehitettiin malli kokeellisten viskositeettimittausten perusteella.
Partikkelin irtoaminen pinnalta voi tapahtua, kun siihen kohdistuvat hydrodynaamiset voimat ovat hetkellisestikin suuremmat kuin sitä kiinni pitävä adheesiovoima. Leikkausjännitys on vaikuttavimpia irtoamiseen vaikuttavia voimia. Leikkausnopeuden tarkemmaksi arvioimiseksi virtaus koelaitteiston geometriassa mallinnettiin k-ε-turbulenssimallin lisäksi isojen pyörteiden mallilla (LES). Kirjallisuudessa esitetyllä irtoamismallilla arvioitiin pinnan karheuden ja pintaenergian vaikutusta irtoamiseen. Malli muunnettiin virtauslaskentaan soveltuvaksi ja sitä käytettiin käytännön kokoluokan lämmönvaihtimen likaantumismallinnuksessa. Pinnan karheuden vaikutusta XDLVO-voimaan ja adheesioon arvioitiin kirjallisuudessa esitetyillä malleilla. Myös partikkelikokojakauman merkitystä likaantumisnopeuteen arvioitiin.
Julkaisun otsikon käännös | Partikkelisen likaantumisen mallinnus korkean kiintoainepitoisuuden nesteseoksessa lämmönvaihtimissa |
---|---|
Alkuperäiskieli | Englanti |
Pätevyys | Tohtorintutkinto |
Myöntävä instituutio |
|
Valvoja/neuvonantaja |
|
Kustantaja | |
Painoksen ISBN | 978-951-38-8250-1 |
Sähköinen ISBN | 978-951-38-8251-8 |
Tila | Julkaistu - 2015 |
OKM-julkaisutyyppi | G4 Monografiaväitöskirja |