Ändra sökning
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Numerical Study of Ethanol-Water Droplet Evaporation
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Mekanik.ORCID-id: 0000-0002-1095-118X
KTH, Skolan för teknikvetenskap (SCI), Mekanik.ORCID-id: 0000-0001-5886-415X
2018 (Engelska)Ingår i: Journal of engineering for gas turbines and power, ISSN 0742-4795, E-ISSN 1528-8919, Vol. 140, nr 2, artikel-id 021401Artikel i tidskrift (Refereegranskat) Published
Abstract [en]

The present effort focuses on detailed numerical modeling of the evaporation of an ethanol-water droplet. The model intends to capture all relevant details of the process: it includes species and heat transport in the liquid and gas phases, and detailed thermophysical and transport properties, varying with both temperature and composition. Special attention is reserved to the composition range near and below the ethanol/water azeotrope point at ambient pressure. For this case, a significant fraction of the droplet lifetime exhibits evaporation dynamics similar to those of a pure droplet. The results are analyzed, and model simplifications are examined. In particular, the assumptions of constant liquid properties, homogeneous liquid phase composition and no differential volatility may not be valid depending on the initial droplet temperature.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
American Society of Mechanical Engineers (ASME) , 2018. Vol. 140, nr 2, artikel-id 021401
Nyckelord [en]
Ethanol, Evaporation, Liquids, Ambient pressures, Composition ranges, Droplet temperature, Ethanol/water azeotrope, Homogeneous liquids, Liquid and gas phasis, Liquid properties, Model simplification, Drops
Nationell ämneskategori
Maskinteknik
Identifikatorer
URN: urn:nbn:se:kth:diva-216797DOI: 10.1115/1.4037753ISI: 000426056200003Scopus ID: 2-s2.0-85030701328OAI: oai:DiVA.org:kth-216797DiVA, id: diva2:1156811
Anmärkning

 QC 20171114

Tillgänglig från: 2017-11-14 Skapad: 2017-11-14 Senast uppdaterad: 2019-11-04Bibliografiskt granskad
Ingår i avhandling
1. Detailed simulations of droplet evaporation
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Detailed simulations of droplet evaporation
2017 (Engelska)Licentiatavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Droplet evaporation (and condensation) is one of the most common instancesof multiphase flow with phase change, encountered in nature as well as intechnical and industrial applications. Examples include falling rain drops, fogsand mists, aerosol applications like electronic cigarettes and inhalation drugdelivery, engineering applications like spray combustion, spray wet scrubbing orgas absorption, spray drying, flame spray pyrolysis.Multiphase flow with phase change is a challenging topic due to the inter-twined physical phenomena that govern its dynamics. Numerical simulation isan outstanding tool that enables us to gain insight in the details of the physics,often in cases when experimental studies would be too expensive, impracticalor limited.In the present work we focus on simulation of the evaporation of smalldroplets. We perform simulation of evaporation of a pure and two−componentdroplet, that includes detailed thermodynamics and variable physical andtransport properties. Some of the conclusions drawn include the importance ofenthalpy transport by species diffusion in the thermal budget of the system, andthe identification and characterization of evaporating regimes for an azeotropicdroplet.In the second part we develop a method based on the immersed boundaryconcept for interface resolved numerical simulation of laminar and turbulentflows with a large number of spherical droplets that undergo evaporation orcondensation.

Abstract [sv]

Droppförångning (och kondensation) är en av de vanligaste fallen av flerfasflöde med fasförändring, både i naturen och i tekniska och industriella tillämpningar. Exempel är fallande regndroppar, dimma, aerosol-tillämpningar som elektroniskacigaretter och läkemedelsleverans via inandning, tekniska tillämpningar som sprayförbränning, våtskrubbning med sprayning, gasabsorption, spraytorkning samt flammsprayspyrolys. Flerfasflöde med fasförändring är ett utmanande ämne på grund av de sammanflätade fysikaliska fenomen som styr dess dynamik. Numerisk simulering är ett utmärkt verktyg som gör det möjligt för oss att få insikt i detaljerna i fysiken, ofta i fall då experimentella studier skulle vara för dyra, opraktiska eller begränsade. I det nuvarande arbetet fokuserar vi på simulering av förångning av små droppar. Vi utför simulering av förångning av en ren och två−komponentdroppe, som inkluderar detaljerad termodynamik samt varierande fysikaliska och transportegenskaper. Några av de slutsatser som dras inbegriper betydelsen av entalpitransport genom diffusion av olika ämnen i systemets termiska budget samt identifieringen och karakterisering av förångningsregimer för en azeotropiskdroppe. I den andra delen utvecklar vi en metod baserad på det nedsänkta rand konceptet för gränssnittskompletterad numerisk simulering av laminära och turbulenta flöden med ett stort antal sfäriska droppar som genomgår förångning eller kondensering.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2017
Serie
TRITA-MEK, ISSN 0348-467X
Nyckelord
droplet, evaporation, phase change, multicomponent, immersed boundary, droppe, förångning, fasövergång, multikomponent, nedsånkt rand
Nationell ämneskategori
Strömningsmekanik och akustik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-217614 (URN)978-91-7729-617-1 (ISBN)
Presentation
2017-12-18, E52, Osquars backe 14, Stockholm, 13:00 (Engelska)
Handledare
Anmärkning

QC 20171117

Tillgänglig från: 2017-11-17 Skapad: 2017-11-15 Senast uppdaterad: 2019-11-04Bibliografiskt granskad
2. Advances in droplet evaporation
Öppna denna publikation i ny flik eller fönster >>Advances in droplet evaporation
2019 (Engelska)Doktorsavhandling, sammanläggning (Övrigt vetenskapligt)
Abstract [en]

Droplet evaporation (and condensation) is one of the most common instances of multiphase flow with phase change, encountered in nature as well as in technical applications. Examples include falling rain drops, fogs and mists, aerosol applications like electronic cigarettes and inhalation drug delivery, and engineering applications like spray combustion, spray wet scrubbing or gas absorption, spray drying, flame spray pyrolysis. Multiphase flow with phase change is a challenging topic due to the intertwined physical phenomena that govern its dynamics. Numerical simulation is a valuable tool that enables us to gain insight in the details of the physics, often in cases where experimental studies would be too expensive, impractical or limited. In the present work, the focus is on the evaporation of small spherical droplets. Simulation of the evaporation of a pure and two−component droplet, in a stagnant flow, with the inclusion of detailed thermodynamics and variable physical and transport properties, shows the importance of enthalpy transport by species diffusion in the thermal budget of the system, and allows the identification and characterization of evaporating regimes for an azeotropic droplet. A new method for the interface resolved numerical simulation of laminar and turbulent flows with a large number of spherical droplets that undergo evaporation or condensationon, based on the immersed boundary concept, is developed. Validation with experimental data of pure and two−component droplets evaporating in homogeneous isotropic turbulence is conducted. The method is employed for the direct numerical simulation of spray evaporation in a turbulent channel flow, whereby mechanisms of spray migration and turbulence modulation are revealed, and a scaling of the evaporation enhancement with the turbulence is found. The sensitivity of the zero-dimensional multicomponent droplet evaporation model, used for general purpose multiphase flow calculations, to its many model parameters is analysed by uncertainty quantification, providing useful guidelines for the design and operation of droplet evaporation experiments and simulations.

Ort, förlag, år, upplaga, sidor
KTH Royal Institute of Technology, 2019. s. 41
Serie
TRITA-SCI-FOU ; 53
Nationell ämneskategori
Strömningsmekanik och akustik
Forskningsämne
Teknisk mekanik
Identifikatorer
urn:nbn:se:kth:diva-263228 (URN)978-91-7873-361-3 (ISBN)
Disputation
2019-11-29, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm, 10:00 (Engelska)
Opponent
Handledare
Anmärkning

QC 20191108

Tillgänglig från: 2019-11-08 Skapad: 2019-11-04 Senast uppdaterad: 2019-11-19Bibliografiskt granskad

Open Access i DiVA

Fulltext saknas i DiVA

Övriga länkar

Förlagets fulltextScopus

Personposter BETA

Lupo, GiandomenicoDuwig, Christophe

Sök vidare i DiVA

Av författaren/redaktören
Lupo, GiandomenicoDuwig, Christophe
Av organisationen
Mekanik
I samma tidskrift
Journal of engineering for gas turbines and power
Maskinteknik

Sök vidare utanför DiVA

GoogleGoogle Scholar

doi
urn-nbn

Altmetricpoäng

doi
urn-nbn
Totalt: 804 träffar
RefereraExporteraLänk till posten
Permanent länk

Direktlänk
Referera
Referensformat
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Annat format
Fler format
Språk
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Annat språk
Fler språk
Utmatningsformat
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf