Análisis de modelos fluidodinámicos de difusión de especies en mezclas de gases
En este trabajo se lleva a cabo un estudio de diferentes modelos de difusión de especies en mezclas de gases, centrándose en mezclas binarias y ternarias. Se desarrolla e implementa un nuevo modelo ternario diluido con el objetivo de representar de manera optima y con menor costo computacional al m...
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| Autor principal: | |
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| Formato: | Tesis NonPeerReviewed |
| Lenguaje: | Español |
| Publicado: |
2023
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| Materias: | |
| Acceso en línea: | http://ricabib.cab.cnea.gov.ar/1208/1/1Constantinidis.pdf |
| Aporte de: |
| Sumario: | En este trabajo se lleva a cabo un estudio de diferentes modelos de difusión de especies en mezclas de gases, centrándose en mezclas binarias y ternarias. Se desarrolla e implementa un nuevo modelo ternario diluido con el objetivo de representar de manera
optima y con menor costo computacional al modelo ternario original.
El estudio se realiza mediante simulaciones numéricas utilizando el software ANSYS Fluent, con un cálculo fluidodinámico acoplado con los modelos difusivos mediante un código en lenguaje C. Se elige una geometría adecuada para simular, una tobera cerrada, que permite simular un flujo supersónico y estacionario y crear gradientes de presión conocidos para tener criterio para el comportamiento y comparación entre los modelos.
Los gases utilizados en el trabajo son en todos los casos Helio (He), como gas carrier, al 95% con un 5% de un gas de proceso. Este ultimo es en un primer momento hexafluoruro de uranio (UF_6) con diferentes concentraciones de la especie 235"UF_6 (0.711%, 5 %, 10 %, 20% y 99 %) y luego, UF_6 con hexafluoruro de azufre (SF_6) con diferentes concentraciones de este ´ultimo (0.1 %, 0.5 %, 1 %, 10 %, 15% y 20 %).
En el caso de la mezcla de He y UF_6 natural, se encuentra una buena concordancia entre los modelos binario y ternario. Luego, se realiza un análisis del perfil de concentración de la especie con menor concentración en el modelo ternario. Se observa una forma funcional que podría atribuirse a inestabilidades de convergencia dada la baja concentración de entrada, la poca diferencia de masas y la característica no lineal y acoplada del modelo. Este perfil resulta independiente del valor de la especie con menor concentración en la mezcla, pero dependiente del coeficiente de difusión. También, se realiza un análisis del modelo diluido, y se obtienen resultados satisfactorios en cuanto a la representación del modelo ternario. Se decide cambiar la mezcla para aumentar la diferencia de masas y comparar valores cuantitativos, con el objetivo de mejorar la convergencia del modelo ternario.
Se simula el modelo ternario diluido con la mezcla de He−UF_6 −SF_6 y se observa un perfil de concentración esperado para la especie con menor concentración, pero más difundido de lo que debería. Nuevamente, los coeficientes de difusión son determinantes.
Este nuevo modelo resulta ser buena aproximación del modelo original, captando la física de la difusión y el orden de los valores de concentración en el dominio simulado. |
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