Csapadékképződés modellezése áramlásvezérelt rendszerben

Dolgozatomban egy olyan feladatról számolok be, amelyben készítettem egy, a csoportunkban használt OpenFoam fluiddinamikai szoftvercsomagba illeszthető modult. Ennek felhasználásával lehetőség nyílt folyadékfázisban modellezni a transzportfolyamatok és a gyors csapadékképződési reakciókban keletkező szilárd részecskék kölcsönhatását. A modell alapja az összenyomhatatlan folyadékok mozgását leíró Navier–Stokes-egyenlet, amelyhez a kémiai összetételt megadó komponensmérlegek kapcsolódnak. A vizsgált térfogathoz képest kis méretű szilárd részecskék modellezésére a Lagrange részecske követést használtuk, amely a részecskék halmazát a folyadékáramba helyezi és ugyanakkor kezeli a mérlegegyenletre gyakorolt hatásukat. Az OpenFoam csomagban találtunk olyan részecskeosztályt, amelynek módosításával és újra paraméterezésével meg tudtuk valósítani a szilárd részecskék túltelítéstől függ ő megjelenését majd növekedését az áramlásuk mellett. A modell teszteléséhez egy mikrofluidikás reaktor szimulációját használtuk. A számításokkal a kooperáló kutatócsoportban végzett kísérleti eredmények reprodukálását és értelmezését kívántuk megvalósítani. A tesztreakció a kalcium-klorid-oldat és a nátrium-oxalát-oldat összekeveredésével létrejövő szilárd kalcium-oxalát képződéséhez vezető reakció volt. A két reaktánsoldatot különböző koncentrációban és áramlási sebességgel vezettük be a reaktorba majd térben és ˝ időben vizsgáltuk a csapadékképződést. A számítási eredmények jól közelítik meg a kísérleteket. A részecskék térbeli eloszlása és aránya hasonló a kísérletiekhez. A részecskék jelentős része abban a sávban képződött, ahol a csapadékképződés megindult, és ebben a ˝ sávban nagyobb méretűek is keletkeztek. A növekedések tendenciája is megegyezett a valós kísérletekben tapasztaltakkal. A futásokból kapott eredményekből azt is láthattuk, hogy milyen hatása van a diffúziónak a részecskék keletkezésére és a reaktánsok koncentrációinak az áramlások kialakulására.