Characterization of turbulent flows of non-Newtonian fluids using magnetic resonance velocimetry
Tid: Må 2024-11-11 kl 10.15
Plats: Kollegiesalen (Nr 4301) Brinellvägen 8
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/65208609933
Språk: Engelska
Ämnesområde: Teknisk mekanik
Respondent: Martin Leskovec , Teknisk mekanik
Opponent: Professor Mark Martinez, University of British Columbia
Handledare: Professor Fredrik Lundell, Linné Flow Center, FLOW, Wallenberg Wood Science Center, SeRC - Swedish e-Science Research Centre, Teknisk mekanik; Professor Daniel Söderberg, Linné Flow Center, FLOW, Wallenberg Wood Science Center, Teknisk mekanik, Fiberprocesser
QC 241021
Abstract
Fluider beståendes av sfäriska och icke-sfäriska partiklar förekommer ofta i många naturliga och industriella processer. Det intrikata samspelet mellan partikel-partikel- och partikel-fluidinteraktioner, tillsammans med strömnings-dynamik och geometriska variationer, leder till komplexa flödesfenomen som fortfarande behöver förstås bättre. Noggrann modellering av sådana flöden är avgörande för att kunna förutsäga och optimera processer exempelvis inom pappersindustrin och rening av avloppsvatten. Både experimentella och numeriska tillvägagångssätt har använts för att få fram information om flödet, där varje metod ger unika insikter. Dock finns en stor utmaning i att utveckla och validera numeriska modeller på grund av begränsade eller obefintliga experimentella data. Att fånga och mäta dessa komplexa flöden experimentellt är svårt på grund av begränsad optisk tillgång, höga partikelfraktioner och möjlig påverkan från mätproberna på flödet. Å andra sidan kan numeriska simuleringar fånga dessa intrikata interaktioner, men de är beroende av antaganden och begränsas av höga beräkningskostnader.
För höga partikelfraktioner har magnetresonansvelocimetri (MRV) blivit en framgångsrik icke-invasiv experimentell teknik som kan fånga dessa flödesfenomen. Trots detta innehåller de nuvarande MRV-protokollen antaganden som kan ifrågasättas och är dessutom beroende av specifika parametrar för mätningarna. Denna avhandling tar itu med dessa utmaningar genom att undersöka och karakterisera turbulenta flöden av icke-Newtonska vätskor genom kombinerade MRV-mätningar och numeriska simuleringar av flödesdynamik (CFD). Arbetet visar även hur robusta kvantitativa jämförelser mellan MRV-mätningar och CFD-simuleringar kan uppnås, vilket banar väg för utveckling av exakta och kalibrerade flödesmodeller samt betonar behovet av storleksberoende reologiska modeller i partikelbelastade turbulenta rörflöden.
Resultaten av detta arbete bidrar till en djupare förståelse för komplexa flöden och erbjuder en väg mot förbättrade prediktiva modeller som kan tillämpas i olika industriella och miljömässiga sammanhang. Forskningen lyfter också fram potentialen hos MRV för att övervinna traditionella experimentella begränsningar och understryker vikten av att integrera experiment och numeriska simuleringar för att främja studiet av icke-Newtonska och komplexa vätskeflöden.