Córdoba, Aylén B. (2021) Estudio de modelos de clusterización en mezclas de gases / Study of clustering models in gaseous mixtures. Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear, Universidad Nacional de Cuyo, Instituto Balseiro.
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Resumen en español
Se estudió el proceso de difusión y clusterización de especies para una mezcla binaria de gases en geometría de expansión libre axisimétrica con divisor de caudal coaxial, orientado a separación de especies. El caso ha sido modelado computacionalmente haciendo uso del código Ansys Fluent y un código de difusión desarrollado dentro del proyecto. Del estudio de perles de temperatura y presión en la zona central del jet se concluyó que los valores de dichas variables son lo suficientemente bajas como para favorecer el fenómeno de clusterización. Partiendo de un modelo analítico aproximado del perl de concentraciones se estimó el grado de clusterización en una determinada posición axial de la geometría. Se modeló el fenómeno de aglomeración de moléculas introduciendo una modificanción de la masa molecular de la especie clusterizada. Modelando el divisor de caudal en distintas posiciones axiales de la geometría fue posible estimar diferentes grados de clusterización ξ, calcular concentraciones medias de la especie de interés en el frente de la etapa separativa y comparar los resultados obtenidos con mediciones experimentales adquiridas dentro del proyecto. Analizando la información disponible, se desarrolló un modelo de clusterización efectivo que permite estimar longitud de desarrollo de la aglomeración de la especie involucrada en el proceso.
Resumen en inglés
The diffusion and clustering of molecules in a free jet of a binary gaseous mixture were studied on account of their possible applications in species separation. The case has been computationally modeled using the Fluent code and a pilot diffusion solver developed within the project. From the study of temperature and pressure proles in the central zone of the jet, it was concluded that the values of these variables are low enough to trigger clusterization of CO₂ molecules. An analytical approximation based on the integral method was used to assess the concentration prole along the jet. The molecule agglomeration phenomenon was modeled by representing the molecular mass of the clustered species by an efffective augmentation of the molecular weight. The sensitivity of the clustering degree to the axial position of the skimmer was assessed with numerical calculations. Average concentrations of the species of interest at the head of the separative stage were determined and compared with available experimental measurements. An effective clustering model was developed to estimate a development length for the agglomeration of the species involved in the process.
| Tipo de objeto: | Tesis (Proyecto Integrador Ingeniería Nuclear) |
|---|---|
| Palabras Clave: | Enrichment; Enriquecimiento; Supersonic flow; Flujo supersónico; Compressible flow; Flujo comprensible; Isotope separation; Separación de isópotos |
| Referencias: | [1] Frigerio, L. Modelado de gases en flujo compresible en expansiones libres. Instituto Balserio, 2019. vii, 12, 19, 22, 24, 25, 26, 29, 30, 36, 37, 38, 39, 44, 45 [2] Pauly, H. Atom, Molecule, and Cluster Beams I: Basic Theory, Production and Detection of Thermal Energy Beams, tomo 28. Springer Science & Business Media, 2012. xi, 10, 11, 12, 14 [3] Coulson, T. Atomic quest: by arthur holly compton. 370 pages, 512 8 in. new york, oxford university press, 1956. price, 5.00, 1957. 3 [4] Benedict, M., Pigford, T. H., Levi, H. W. Nuclear chemical engineering. McGraw- Hill Education, 1981. 3, 4 [5] Guozden, T. M., Clausse, A. Numerical study of gas mixture separation in curved nozzles. International Journal of Heat and Mass Transfer, 98, 176-182, 2016. 4 [6] Hagena, O. F. Cluster ion sources. Review of scientic instruments, 63 (4), 2374-2379, 1992. 8, 13, 14 [7] Morgan, N. Estudio de modelos de difusión de especies en mezcla de gases. Instituto Balserio, 2020. 8 [8] Villani, S. Isotope separation. Amer Nuclear Society, 1976. 9 [9] Kundu, P. K., Cohen, I. M., Dowling, D. Fluid mechanics 4th, 2008. 9 [10] White, F. M. Fluid mechanics, 1986. 10, 11 [11] Tomassetti, G., Sanna, G. Introduction to molecular beams gas dynamics. World Scientic, 2005. 10, 12, 24 [12] Hisashi, M., Yoichi, T. Separation of gas mixture in an axisymmetric supersonic jet. International Journal of Heat and Mass Transfer, 11 (11), 1597-1610, 1968. 12 [13] Perlo, L. Modelado de gases en toberas y expansiones. Instituto Balserio, 2018. 15, 22 [14] ANSYS, I. Fluent user's guide, 2013. 18, 20 [15] Bergman, T. L., Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Lavine, A. S. Fundamentals of heat and mass transfer. John Wiley & Sons, 2011. 19 [16] Chapman, S., Cowling, T. G. The mathematical theory of non-uniform gases: an account of the kinetic theory of viscosity, thermal conduction and diffusion in gases. Cambridge university press, 1990. 35 |
| Materias: | Ingeniería nuclear > Fluidodinámica |
| Divisiones: | Gcia. de área de Investigación y aplicaciones no nucleares > Gcia. LASIE |
| Código ID: | 1024 |
| Depositado Por: | Tamara Cárcamo |
| Depositado En: | 29 Abr 2022 10:12 |
| Última Modificación: | 29 Abr 2022 10:12 |
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