Raziskovalci iz Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani so razvili nov teoretični model, ki omogoča natančno napoved gibanja tekočine v posebnih industrijskih reaktorjih, imenovanih vzgonski reaktorji. To odpira vrata hitrejšemu razvoju tehnoloških procesov, manjši porabi energije in večji učinkovitosti industriji.
V številnih industrijah – od kemijske in biotehnološke do energetske – se uporabljajo t. i. vzgonski reaktorji, kjer se s pomočjo vpihanega plina ustvarja kroženje tekočine. Ti reaktorji so priljubljeni zaradi enostavne zasnove in dobre zmogljivosti, vendar njihovo načrtovanje ostaja zahtevno. Glavni izziv je napoved gibanja tekočine, ki je zaradi kompleksne dinamike težko zanesljivo določiti
Tradicionalne metode napovedovanja toka v ALR-ih pogosto temeljijo na empiričnih enačbah, ki niso vedno delovale za vse oblike reaktorjev ali obratovalne pogoje. Nov model, ki so ga razvili raziskovalci z UL FS, presega te omejitve z dosledno uporabo fizikalnih zakonov. Upošteva razmerja med silami v reaktorju ter ključne dejavnike, kot so količina plina, oblika reaktorja in lastnosti tekočine.
Model so preverili s pomočjo obstoječih eksperimentalnih podatkov iz literature ter lastnimi meritvami. Omogoča natančno napoved hitrosti recirkulacije kapljevine preko različnih tokovnih režimov – npr. iz mehurčkastega v čepasti režim. Raziskovalci so pri modelu vpeljali novo reaktorsko konstanto, ki združuje geometrijske in hidrodinamične značilnosti sistema ter omogoča enostavno umerjanje modela na različne vrste vzgonskih reaktorjev brez potrebe korekcijah.
Rezultati so bili objavljeni v ugledni znanstveni reviji Applied Thermal Engineering (IF 6.4), ki pokriva področja prenosa toplote, termodinamike in procesnega inženirstva. Avtorji so prepričani, da njihov model predstavlja pomembno dopolnitev k obstoječemu znanju, saj povezuje fizikalno doslednost s praktično uporabnostjo.
»Z razvito metodo lahko inženirji že v zgodnji fazi projektiranja reaktorjev ocenijo delovanje sistema brez potrebe po dolgotrajnih eksperimentalnih testih. To pomeni hitrejši razvoj procesov, nižje stroške in boljšo energetsko učinkovitost,« pojasnjuje Bor Zupan.
Raziskava predstavlja tudi temelje za prihodnje nadgradnje modela, ki bi lahko vključevale večfazne tokove s kompleksnejšo dinamiko ali vplive kemijskih reakcij, kar bi omogočilo njegovo uporabo v še širšem spektru industrijskih aplikacij.