New transformation proposed for improving CFD simulation of free radical polymerization reactions in microreactors

Autor: Dambarudhar Parida, Michel Bouquey, Dhiraj K. Garg, Yannick Hoarau, René Muller, Christophe A. Serra
Přispěvatelé: Institut Charles Sadron (ICS), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Animal et gestion intégrée des risques (UPR AGIRs), Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développement (Cirad), Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube), Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique, Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Matériaux, Surfaces et Procédés pour la Catalyse (LMSPC), Institut de chimie et procédés pour l'énergie, l'environnement et la santé (ICPEES), Université de Strasbourg (UNISTRA)-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - 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Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2015
Předmět:
Zdroj: Microfluidics and Nanofluidics
Microfluidics and Nanofluidics, Springer Verlag, 2015, 18 (5-6), pp.1287-1297. ⟨10.1007/s10404-014-1527-3⟩
Microfluidics and Nanofluidics, 2015, 18 (5-6), pp.1287-1297. ⟨10.1007/s10404-014-1527-3⟩
ISSN: 1613-4982
1613-4990
DOI: 10.1007/s10404-014-1527-3⟩
Popis: A new yet simple transformation is proposed to significantly improve the accuracy of computational fluid dynamics (CFD) modeling and simulations of free radical polymerization (FRP) reactions carried out especially in flow microreactors. The new transformation makes the kinetic rate coefficients dimensionless in terms of concentration. To that extent, the chemical data (chemical species concentration and kinetic rate coefficients values) can be fed in original molar form instead of usual mass form to CFD software package while simulating chemical species as passive scalars. The normalization of various variables (passive scalars) helps in reducing the numerical stiffness as well as numerical errors during simulations. Another advantage of this new transformation is that the expression for transformed reaction rate equations remains unchanged thus enabling an easy coding and debugging process. The new transformation was first validated through numerical simulation against theoretical analytical solution of FRP for homogeneous batch reactor. It was then validated through CFD simulation against published experimental data for FRP in coiled tube microreactor under steady-state flow condition. It has also been demonstrated that in CFD simulations of FRP in flow microreactors, significant error arises for the prediction of number-average chain length (and thus $${\text{MW}}_{n}$$ , number-average molecular weight) from the use of chemical data in mass form instead of original molar form. This new transformation is thus found to be more suitable for CFD simulations in flow reactors compared to previous Zhu’s transformation.
Databáze: OpenAIRE
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