降膜式光催化反应器的建模和模拟:利用计算流体动力学(CFD)进行多相系统分析

Deyler Rafael Castilla Caballero, Astrid del Rosario Medina Guerrero, Fiderman Machuca Martínez, José Ángel Colina Márquez
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摘要

计算流体动力学(CFD)已成为模拟异质光催化过程的适当工具,因为它可以同时考虑过程中涉及的不同物理现象。在本研究中,使用 COMSOL Multiphysics 软件对流动机制进行建模,并确定降膜式光催化反应器中催化剂颗粒的分布,这与确定反应器的效率息息相关。反应器模拟使用 COMSOL Mixtures 模块,在湍流状态下使用 RANS 方法进行。在整个薄膜区域检测到七个具有特定催化剂浓度曲线的限定区域,并利用六流模型(SFM)估算了反应器中的光子吸收情况。结果发现,反应区内平均光子吸收率的最高值和最低值相差 20% 以上,因此这些区域的污染物降解变化预计在 10% 到 20% 之间,这一点应考虑到该技术的适用性。
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Modelamiento y simulación de reactores fotocatalíticos de película descendente: uso de la dinámica computacional de fluidos (CFD) para análisis del sistema multifásico
La dinámica computacional de fluidos (CFD) se perfila como una herramienta apropiada para el modelamiento de procesos fotocatalíticos heterogéneos, pues permite considerar simultáneamente los diferentes fenómenos físicos trascendentales de los procesos. En el presente estudio se empleó el software COMSOL Multiphysics para modelar el régimen de flujo y determinar la distribución de las partículas de catalizador en un reactor fotocatalítico de película descendente, hecho relevante para determinar la eficiencia del reactor. Las simulaciones del reactor fueron realizadas con el módulo de Mezclas de COMSOL, en un régimen de flujo turbulento empleando el enfoque de RANS. Se detectaron siete zonas definidas con un perfil particular de concentración de catalizador en toda el área de la película, para las cuales se estimó la absorción fotónica en el reactor con el modelo de seis flujos (SFM). De ello se obtuvo que existe una diferencia de más del 20% entre el mayor y el menor valor del promedio de la absorción fotónica en el área reactiva, con lo que se puede esperar que la variación en la degradación de los contaminantes en estas zonas oscile entre el 10 y el 20%, lo cual debe tenerse en cuenta para la aplicabilidad de la tecnología.
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