A modelling study of the flow pattern in a rotating drum for aerosol aging
Om publikasjonen
Rapportnummer
2009/01079
ISBN
978-82-464-1671-7
Format
PDF-dokument
Størrelse
2.8 MB
Språk
Engelsk
Aerosoler er små dråper eller partikler som kan transporter es med i luft. Disse kan inneholde mikroorganismer
eller andre farlige substanser. Det er derfor viktig å studere aerosoler for å få kjennskap til de parametre
som bestemmer deres overlevingstid. For å ha best mulig kontroll over de faktorer som påvirker aerosolene
gjennomføres ofte undersøkelser under kontrollerte forhold inne i spesielt konstruerte aerosolkamre. Nesten
alle aerosolkamre som anvendes i dag er stasjonære der aerosolene holdes i luften gjennom at luften blir
rørt om. Dog hevdes det i litteraturen at det ville være mulig å holde partikler i luften en mye lengre periode
dersom kammeret roterer, se figure 0.1.
Figure 0.1 Simplified schematic air flow diagram of toroid installation (1)
I denne studien er strømningen i et roterende aerosolkammer modellert med CFD. Hovedmotivasjonen for
studien er å bestemme partikkelbanene til aerosolene i kammeret for å søke å forstå hvordan aerosolene kan
holdes i luften under svært lange tidsperioder (mer enn i et døgn) i et slikt kammer. Et sekundært formål
med studien har vært å bruke forskjellige turbulensmodeller for å øke forståelsen av hvor viktige disse er.
Simuleringene viser at hvis aerosoler blir injisert midt i kammeret langs rotasjonsaksen så vil disse først
bevege seg sakte aksialt mot den sirkulære sideveggen. Hvis aerosolene blir injisert et lite stykke unna
rotasjonsaksen, så vil disse samtidig rotere i tangential retning. Når aerosolene nærmer seg den sirkulære
sideveggen, vil de bli transport radielt og derved også rotere i større og større baner. Aerosolene vil følgelig
langsomt bli transport radielt mot den ytre veggen. Når de nærme seg den ytre veggen, beveger aerosolene
seg inn mot symmetriplanet igjen og deretter tilbake mot midten av kammeret i en spiralformet bevegelse.
En grov overslagsberegning viser at tiden det tar for en partikkel å sirkulere kammeret en gang er av størrelsesorden
timer. Hvis deposisjonsraten av aerosolene på kammerets vegger er liten vil aerosolene kunne
holdes i luften en veldig lang tid - opp mot dager. Resultatene viser og at det vil skje en agglomerering av
aerosoler langs den ytre veggen av kamret. CFD-beregninger ser altså ut å være i stand til å reprodusere
hva som er blitt eksperimentelt observert og denne studien viser da samtidig at CFD kan vare et verdifullt
komplimenterende verktøy til fullskala aerosol eksperimenter for å øke forståelsen av transportprosessen.
Studien viser også til dels store forskjeller mellom resultatene fra de ulike turbulensmodellerne, og at noen
av disse resulterer i en ufysikalsk oppførsel. Riktig bruk av CFD krever derfor god strømningsfysikalsk
innsikt for å være i stand til å velge egnet metodikk.