Fluid flow and dispersion predictions in porous media by utilizing advanced numerical methods

Diplomityön tavoitteena oli tarkastella numeerisen virtauslaskennan avulla virtaukseen liittyviä ilmiöitä ja kaasun dispersiota. Diplomityön sisältö on jaettu viiteen osaan; johdantoon, teoriaan, katsaukseen virtauksen mallinnukseen huokoisessa materiaalissa liittyviin tutkimusselvityksiin, numeeriseen mallinnukseen sekä tulosten esittämiseen ja johtopäätöksiin. Diplomityön alussa kiinnitettiin huomiota erilaisiin kokeellisiin, numeerisiin ja teoreettisiin mallinnusmenetelmiin, joilla voidaan mallintaa virtausta huokoisessa materiaalissa. Kirjallisuusosassa tehtiin katsaus aikaisemmin julkaistuihin puoliempiirisiin ja empiirisiin tutkimusselvityksiin, jotka liittyvät huokoisen materiaalin aiheuttamaan painehäviöön. Numeerisessa virtauslaskenta osassa rakennettiin ja esitettiin huokoista materiaalia kuvaavat numeeriset mallit käyttäen kaupallista FLUENT -ohjelmistoa. Työn lopussa arvioitiin teorian, numeerisen virtauslaskennan ja kokeellisten tutkimusselvitysten tuloksia. Kolmiulotteisen huokoisen materiaalinnumeerisessa mallinnuksesta saadut tulokset vaikuttivat lupaavilta. Näiden tulosten perusteella tehtiin suosituksia ajatellen tulevaa virtauksen mallinnusta huokoisessa materiaalissa. Osa tässä diplomityössä esitetyistä tuloksista tullaan esittämään 55. Kanadan Kemiantekniikan konferenssissa Torontossa 1619 Lokakuussa 2005. ASME :n kansainvälisessä tekniikan alan julkaisussa. Työ on hyväksytty esitettäväksi esitettäväksi laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) aihealueessa 'Peruskäsitteet'. Lisäksi työn yksityiskohtaiset tulokset tullaan lähettämään myös CES:n julkaisuun.

The aim of this thesis was to study the fluid flow behavior and fluid dispersion in porous medium. The content of this study is divided in five parts; introduction, theory, brief to reports of porous medium modeling, numerical modeling and results. In the beginning attention was pointed to the brief to literature and to different approaches of modeling fluid flow through porous medium. The prediction of pressure drop across porous medium and dispersion of fluids were examined in theory part. In the representation of experimental works and results section, three experimental work reports related to pressure drop across porous medium were presented. Next phase was the generation of porous medium by utilizing commercial computational fluid dynamics software (FLUENT). The FLUENT -models are presented in numerical modeling chapter. Several numerical models of porous medium composed of spheres were generated. In the end of the study the results of theory, numerical flow calculations and results of experimental research works were evaluated. Results of modeling three dimensional porous medium are promising and according to these results numerical modeling of porous medium suggestions were made to add knowledge in modeling of porous medium. A short version of this work may be presented at the 55th Canadian Chemical Engineering Conference in Toronto, October 1619, 2005. The presentation has been assigned to the "Fundamentals" symposium in the session, "Computational Fluid Dynamics". In addition a detailed versionwill be submitted to Chemical Engineer Science for a Journal publication.