Cfd를 사용하여 산업 공정의 초경화 유체의 Behavior를 모델링하십시오.

Supercritical 유체는 무엇입니까?

이 이중 자연은 액체의 침입력과 같은 액체와 가스의 흐름을 효과적으로 처리 할 수 있도록하는 데 도움이되는 온도 및 압력에 존재합니다. 이 단일 조건에서 유체는 액체와 같은 밀도와 가스와 같은 점성과 부유성의 독특한 혼합을 전시합니다. 이 이중 자연은 매우 유황 유체를 활성화하여 가스로 압축을 용해하면서 액체의 solutes를 용해하는 동시에 다공성 물질을 효과적으로 관통합니다. 가장 산업적으로 관련 된 수액은 이산화탄소 (CO2)에 따라 특정 액체를 제공합니다.

물질의 중요한 온도와 압력은 비열한 행동에 그것의 전환을 정의합니다. 이산화탄소를 위해, 이 가치는 31.1 °C와 73.8 막대기입니다; 물을 위해, 그들은 374 °C와 220.6 막대기입니다. 이 문턱의 위, 조밀도와 점성과 같은 재산 및 열 전도도는 전통적인 용매로 불가능한 가공 통제의 현저한 정도를 제안하는 압력 그리고 온도를 조정해서 지속적으로 지켜질 수 있습니다.

Supercritical Fluid Modeling의 CFD의 역할

Computational Fluid Dynamics는 유동적 인 유체 운동의 지배적 인 방정식을 해결하기위한 프레임 워크를 제공합니다. 질량, 심근 및 에너지 보존 - 공개 도메인 이상. 과도한 유체에 적용 할 때 CFD는 중요한 점 근처에 강력한 비 분리형 열역학 행동과 큰 재산 윤활제를 고려해야합니다. 이러한 도전은 분석 또는 empirical 접근 방식이 현실적 산업 지층을 위해 필수적입니다.

이 제품은 이식성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진성, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기, 흡진기,

모델링 도전

Complex thermodynamic properties – 중요한 점, 특정 열용량 및 압축성 스파이크가 극적으로, 수치의 뻣뻣함과 전문 해결법의 필요성을 일으키는 원인이 되는.
상전도모델링 – 초경화적인 지역에서도, 운영조건은 균질형 모델이나 2플레이드 모델과 같은 다중상 모델을 요구하는 2단계 유량식으로 이어지는 공존 곡선을 교차할 수 있습니다.
고압 조건 – 고밀도 및 저밀도의 고밀도의 고밀도는 종종 laminar 또는 과도한 흐름 요법에서 결과적으로 경계 거칠고 기하학적 세부 사항에 민감합니다.
Turbulence modeling – 표준 turbulence model(k-ε, k-ω SST)은 초경적 조건을 위한 교정을 필요로 할 수 있습니다. 대형 Eddy Simulation(LES)는 추출 및 반응 응용 분야에 정확한 혼합 예측에 사용되어 점점 더 많이 사용됩니다.

시뮬레이션 기술

Finite volume method – 상업 CFD 코드의 지배적 접근, 보존된 가변 포뮬레이션을 사용하여 실제 유해성 특성을 가진 수치 안정성을 보장.
Real-fluid 속성 모델 – NIST REFPROP 또는 CoolProp에서 탭 데이터를 인터포레이트하는 내장 속성 라이브러리를 통해 흐름 해결자에게 결합.
다단계 유량 모델링 – 유체의 볼륨 (VOF) 또는 Eulerian-Eulerian 프레임 워크 트랙 인터페이스 또는 분산 단계 부분 응축 또는 깜박임 발생시.
state Integration] - 멀티 구성 요소 시스템에 대한 고급 혼합 규칙을 가진 Cubic EOS, 고 정확도 단일 구성 요소 시뮬레이션을위한 Helmholtz 에너지 기반 EOS.

Supercritical Fluids의 CFD 활용

고위험적인 공정의 실험은 부식에 대한 극한 압력 및 잠재적으로 인해 비싸고 위험합니다. CFD는 기하학적 연구가 급속하게 수행 될 수있는 가상 실험실을 제공합니다. 이점은 다음과 같습니다.

개발비용 – Fewer 물리적 프로토 타입과 실험은 설계 개념을 검증해야 합니다.
최적화한 열과 대량의 이동 – 추출 열이나 원자로 내의 온도 및 농도 필드를 시각화하여 수율 증가를 위한 기하학적 개선을 가능하게 합니다.
공정안전 – CFD는 고열 응력 또는 압력 구축의 영역을 예측할 수 있으며, 구호 시스템 및 단열재 배치를 결정합니다.
Scalability insights – 일관된 물리를 가진 심화 실험실 가늠자, 파일럿 가늠자 및 전체 가늠자 장비는 confident Scale-up을 지원합니다.

산업분야

Supercritical CO2 추출

식품 및 제약 산업에서 scco2는 커피 콩에서 카페인을 추출하기위한 선택의 용제이며 허브에서 필수 오일 및 식물에서 활성 API. 이러한 포장 침대 또는 스프레이 - 옥수수 추출기의 CFD 모델링은 추출 골격에 흐름율, 입자 크기 및 용해도의 효과를 예측합니다. 최근 연구는 입자 파손 및 처리 중에 agglomeration에 대한 인구 균형 모델과 함께 두 CFD를 연구합니다. [[[[[[[[[[[[]]]]] 과도한 유체 개요 : [[[[[]]]]]]]] 과도한 유체 개요 : [[[[]]]]]]]]]]

수성 물 산화 (SCWO)

SCWO는 초경화 물 (T > 374 °C, P > 220 바)에서 산화함으로써 유기 폐기물을 파괴합니다. 이 과정은 >99.9% 파괴 효율을 달성하고 무해한 부산물 생산합니다. CFD는 소금 강수 및 부식을 방지하기 위해 내부의 설계 원자로를 돕습니다. transpiring-wall 원자로에서 균류 혼합의 시뮬레이션은 균일 한 온도 프로파일을 유지하고 뜨거운 반점을 방지하기 위해 설계되었습니다. [FLT : 0]EPA[FLT :] SCWO] SCWO]

향상된 오일 복구 (EOR)

이 제품은 스크코2의 주입을 돕기 위해 오일 리서치로 스크코2의 주입을 감소시키고 유동성을 붓고, 이동성을 개선합니다. CO2의 CFD 시뮬레이션은 공기 흐름의 복잡한 인터플레이를 모델로 재수, 화학 반응을 형성하고, 확산을 개선합니다. 이 시뮬레이션 가이드 주입은 회복 요인을 증가시키기 위해 잘 배치 및 타이밍 사이클을 제공합니다. DOE 향상된 오일 복구 개요.]].]].

재료 가공 및 결정화

Supercritical 유체는 나노 입자, 에어로젤 및 급류 팽창 또는 항 용매 기술로 고급 코팅을 생산하는 데 사용됩니다. 노즐 확장 공정의 CFD 모델은 입자 크기 분포를 결정하는 각측정속도, 온도 및 수퍼 포화 필드를 캡처합니다. 시뮬레이션은 제약 성형에 균일 한 크기의 입자를 생산하는 노즐의 디자인을 활성화했습니다.

제약 및 바이오 가공

제약 산업은 미세화, 다형화 제어 및 살균을위한 초경화 유체를 활용합니다. 인구 균형 모델과 결합 된 CFD는 원하는 결정 형태의 수율을 예측하고 불안정한 다형화의 형성을 피합니다. 접근은 초기 개발에서 시험 및 오류 실험에 대한 필요성을 감소시킵니다.

검증 및 실험 통합

CFD는 결과적으로 물리적 및 수치적 약점과 같은 신뢰할 수 있는 결과입니다. 실험 데이터에 대한 검증은 중요점 근처에 있는 부동산 예측에 필수적입니다. 고해상도 입자 이미지 velocimetry (PIV) 및 플래터 레이저 유도 형광 (PLIF)은 벤치 마크 시뮬레이션을 제공하는 유량계 및 농도 측정을 제공합니다. 업계 최고의 연습은 체계적인 검증 및 검증 (V&V) 프로토콜을 포함하고, 단순 형상 및 복잡성 증가로 시작된 복잡한 검증을 포함합니다.

또한 Raman 분광법 및 X-ray 계산 된 투과와 같은 신흥 비침습 측정 기술은 이제 situ 밀도 및 구성 데이터에 제공 할 고압 관 내부에 사용됩니다. 이 실험은 CFD 모델링을 통해 수력 및 반응 모델을 수화 할 수 있습니다.

미래 관점

기계 학습 통합

대형 CFD 데이터베이스에 훈련된 기계 학습 모델은 시간 대신 밀리 초에서 흐름 동작을 예측하는 surrogate 모델로 작동할 수 있습니다. 이 가속기는 특히 압력 스윙 추출과 같은 동적 작업에 대한 실시간 프로세스 제어 및 최적화를 가능하게 합니다. 하이브리드 물리 입력 신경 네트워크는 또한 직접 지위 방정식을 해결하기 위해 개발되고, 잠재적으로 그리드 해상도 요구 사항을 감소시킵니다.

멀티-Scale 모델링

나노 스케일의 나노 스케일에서 분자의 동적 (MD)을 결합하여 매크로 스케일의 오염 CFD는 그랜드 도전을 유지한다. 코아르스 - 그레인 및 멀티 그리드 솔더에서 진보는 이제 나노 입자를 통해 흐르는 scCO2와 같은 간단한 초경화 시스템을 위해 MD-CFD 시뮬레이션을 결합 할 수 있습니다. 이 멀티 스케일 모델은 매크로 스코프 운송에 대한 로컬 분자 구조의 진정한 효과를 밝혀 줄 것을 약속합니다.

실시간 디지털 트윈

산업 IoT의 상승으로, 고휘도 CFD 모델은 초경화 식물의 디지털 트윈에 내장되어 있습니다. 이 쌍둥이는 물리적 자산과 평행으로 실행되며, 지속적으로 온도 분포, 부식 비율 및 남은 장비 수명의 예측을 업데이트하는 센서 데이터를 인용합니다. 결과는 예측 유지 보수 및 계획되지 않은 가동 중단을 감소시킵니다.

지속가능성 Process Design

CFD는 에너지 소비 및 용제 폐기물을 최소화하는 초경화 공정의 디자인을 가능하게 합니다. 예를 들어, scCO2 추출 공정은 저압 방울 또는 감소된 열 입력으로 고순도를 달성할 수 있습니다. 산업 얼굴의 견고성 환경 규정으로 이러한 최적화는 지속 가능한 제조에 집중됩니다. NIST computational thermodynamics program].