sound power explained
een meerschalige aanpak.
Poreuze media maken vaak deel uit van grotere stroomsystemen. Om zulke systemen te analyseren, wordt onderscheid gemaakt tussen macroschaalstroming en microschaalstroming, waarbij macroschaalstroming door leidingen, kamers en machines loopt en microschaalstroming plaatsvindt binnenin de complexe structuur van poreuze componenten. Het nauwkeurig simuleren van de microschaalstroming is moeilijk en tijdrovend. In plaats daarvan kan het poreuze component worden gemodelleerd als een black box, waarin de belangrijkste eigenschappen van de microschaalstroming worden weergegeven. Deze stromingseigenschappen zijn het drukverlies over het poreuze medium en de bijbehorende volumestroom of stroomsnelheid. Om deze te bepalen kan een experimentele of numerieke aanpak worden gebruikt.
experimenten.
Als het materiaal van het te analyseren poreuze component al is geproduceerd en eenvoudig beschikbaar is, vormt een experimentele opstelling een snelle en betrouwbare manier om stromingseigenschappen te verkrijgen. In verschillende projecten hebben we de opstelling gebruikt die in Figuur 1 wordt weergegeven om experimenteel het drukverlies door een poreus medium te meten. Uit de experimentele data kan de relatie tussen drukverlies, volumestroom en materiaallengte worden afgeleid.
simulaties.
Als het poreuze materiaal fysiek niet beschikbaar is of zich nog in de conceptfase bevindt, kan een microschaalsimulatie van het poreuze materiaal worden gebruikt. Hiervoor is enige kennis van de materiaalstructuur nodig.
Figuur 2 toont het simulatieresultaat van een specifieke microschaalstroming (stroomsnelheid van de vloeistof). Hierbij is de stroming gemodelleerd door slechts een klein deel van het totale materiaal, met daarin een geschikte porositeit en korrel- of poriegrootte. Ook hier wordt de relatie tussen drukverlies, volumestroom en materiaallengte afgeleid en vervolgens geschaald om overeen te komen met het volledige poreuze component.
vergelijking met analytische relaties.
De volgende stap in het analyseren van een poreus medium is het vergelijken van de verkregen eigenschappen uit experimenten of simulaties met analytische relaties voor stroming door poreuze media, zoals de wet van Darcy of de Ergun-vergelijking. Voor het voorbeeld in Figuur 2 konden we een goede overeenkomst vinden tussen de simulatie en de Ergun-vergelijking, waarmee de uitgevoerde simulatie werd gevalideerd. Daarnaast kwamen de resultaten van de microschaalsimulatie ook overeen met experimentele data (Figuur 3). Hieruit kunnen we concluderen dat een numerieke aanpak in dit geval goed werkt.
toepassing.
Door het poreuze component te vervangen door een ‘black box’ met de verkregen stromingseigenschappen, kan veel simulatie-inspanning worden bespaard bij de analyse van het grotere systeem. Dit kan zowel worden toegepast in een systeemanalyse (Figuur 4) als in een macroschaal CFD-simulatie.
Demcon multiphysics
