Aktualności
19 Lipiec 2021

Analiza CFD przepływu przez materiał porowaty

Jednym z zagadnień analiz CFD jest przepływ medium przez materiały porowate. Porowatość jest cechą materiału, która wyraża stosunek sumarycznej objętości pustych przestrzeni do objętości całkowitej danego ciała stałego. Przykłady materiałów porowatych można znaleźć zarówno w naturze np. grunty, skały jak i w przemyśle np. ceramika.

Jednym z zastosowań materiałów o strukturze porowatej są samochodowe katalizatory spalin, których głównym zadaniem jest redukcja ilości szkodliwych substancji w spalinach do wartości określonych w przepisach prawa. Katalizatory spalin wyposażone są w bloki o strukturze plastra miodu wykonanymi z ceramiki lub metali, które poprzez reakcje chemiczne z gazami spalinowymi zapewniają zmniejszenie toksycznych substancji w rurze wydechowej.

 Nie jest to jednak jedyne zadanie postawione przed tym elementem układu wydechowego. Od jego poprawnego działania zależy prawidłowa praca jednostki napędowej oraz otrzymywane osiągi, dlatego warto pochylić się nad analizami numerycznymi, które pozwalają przewidzieć parametry pracy urządzenia. Komputerowe analizy numeryczne pozwalają na określenie parametrów danego materiału jako materiał porowaty, a następnie zdefiniowane danej domeny obliczeniowej jako wcześniej utworzony materiał. Analiza wymaga wprowadzenia parametrów takich jak sumaryczny stosunek porowatości do objętości bryły oraz zależność strat ciśnienia do przepływu masowego medium.

Wynikami analizy są:
-rozkład prędkości w domenie obliczeniowej:

 


 

- rozkład ciśnienia medium:
 


 

Istnieje również możliwość wizualizacji linii przepływu prze katalizator, co przedstawiono na rysunku poniżej:

 

 


Istnieje także możliwość przeprowadzenia analizy z jednoczesnym uwzględnieniem transferu ciepła, co może być przydatne w wypadku porównania parametrów pracy bloków ceramicznych z blokami metalowymi.
Postprocesor pozwala również na określenie strat w postaci zadania równania różnicy ciśnień na wlocie i wylocie katalizatora czy przepływu objętościowego lub masowego spalin katalizatora.

Materiały porowate znalazły szerokie spektrum zastosowań w przemyśle samochodowym, lotniczym oraz kosmicznym. Stosuje się je między innymi jako rożnego rodzaju filtry, elementy wymienników ciepła czy elementy tłumiące. Ponadto wykorzystuje się je również do budowy elementów rakiet i silników odrzutowych. Wszystkie wspomniane powyżej aspekty pokazują mnogość zastosowań symulacji numerycznych CFD z uwzględnieniem porowatej struktury materiału.
Przedstawiona powyżej analiza została przeprowadzona w oprogramowaniu FloEFD, który, tak jak i wiele innych programów takich jak Midas CFD czy Simcenter 3D wykorzystujemy do analiz CFD.
 

Usługi wykonujemy na poziomie eksperckim!  
Zachęcamy do kontaktu: biuro@komes.pl lub +48 71 305 07 58!