Numerische Simulation von Mehrkomponenten-Diffusion und Gleitströmung in mikroporösen Medien

Numerical Simulation of Multi-Component Diffusion and Slip-Flow in Microporous Media

Authors

  • Dr.-Ing. Stephan Göll,

    Corresponding author
    1. Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Böblinger Straße 72, 70199 Stuttgart, Germany
    • Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Böblinger Straße 72, 70199 Stuttgart, Germany
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  • Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Piesche

    1. Universität Stuttgart, Institut für Mechanische Verfahrenstechnik, Böblinger Straße 72, 70199 Stuttgart, Germany
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Abstract

Die vorgestellte Methode zur ortsaufgelösten Berechnung der Gasgemischbewegung in mikroporösen Medien basiert auf einem fluiddynamischen Modell, das separate Massen- und Impulsbilanzen jeder Gemischkomponente beinhaltet. Die Anwendbarkeit bei höheren Knudsen-Zahlen wird durch die Einführung komponentenspezifischer Gleitrandbedingungen ermöglicht. Nach der Implementierung in ein kommerzielles CFD-Programm wird die Bewegung eines binären Gasgemischs in einer virtuell erzeugten Zufallsstruktur simuliert. Durch Auswertung der berechneten Geschwindigkeitsfelder können strukturbeschreibende Parameter zur Anwendung in einschlägigen 1D-Modellen ermittelt werden.

Abstract

A method is presented, which enables the locally resolved calculation of multi-component gas transport in microporous media. The theoretical basis is formed by a fluid-dynamic model that comprises separate mass and momentum balances of each component in the gas mixture. By introducing component-specific slip boundary conditions, the model is made applicable to regimes of increased Knudsen numbers. After implementation into a commercial CFD-program the motion of a binary gas mixture in a virtual microporous structure is simulated. Analysis of the calculated velocity fields makes it possible to determine structural parameters that can be used in relevant 1D-models.

Ancillary