#Energi CO2-håndtering

Ny metode gjør det mulig med direkte numerisk simulering av trefase-strømning av CO2

Bloggere: Svend Tollak Munkejord, Magnus Aa. Gjennestad, Andrea GruberKarl Yngve Lervåg, Åsmund Ervik and Morten Hammer

IPCCs femte hovedrapport påpeker at CO2-håndtering (CCS) er en av de viktige teknologiene som trengs for å nå togradersmålet. CCS-systemene som skal bygges ut må designes og drives på en sikker og effektiv måte, og for å kunne gjøre det, trengs modeller og data.

Vi har arbeidet med utvikling av modeller som beskriver strømningen i og ut av rør og brønner, se f.eks. bloggen «Trygg og kostnadseffektiv CO2-transport må tallfestes». Disse modellene beskriver strømning i én dimensjon. For en del anvendelser, slik som simulering av CO2-jeten som oppstår ved trykkavlastning av utstyr som inneholder CO2 under høyt trykk, så er dette ikke detaljert nok, og man trenger å ta hensyn til hele den tredimensjonale strømningen. 

Illustrasjon av tønnesjokket som dannes når CO2 med trykk 31 bar strømmer ut gjennom en dyse med diameter 4 mm. Fargene viser Mach-tallet, som er strømningsfarten delt på lydfarten.

Høyere ordens parallelle beregninger

I prosjektet «3D Multifluid Flow», finansiert via Norges forskningsråds basisbevilgning til SINTEF Energi, har vi satt sammen våre modeller som beskriver den termodynamiske oppførselen til gass, væske og fast CO2 (og blandinger av disse fasene) med nøyaktige høyere ordens metoder for 3D-strømning. Slike metoder kan beskrive strømninger med en gitt nøyaktighet med en lavere data-prosesseringskostnad enn konvensjonelle metoder. Flerfasestrømning av CO2 er likevel høyst kompleks, og beregningene må kjøres parallelt på store datamaskiner. Noen av beregningene våre ble kjørt på Noturs regneklynger.

Validering for tønnesjokk

Dette arbeidet ble nylig publisert i en artikkel in Journal of Computational Physics. (Artikkelen kan også leses i form av et preprint). I artikkelen verifiserer og validerer vi det nye beregningsprogrammet vårt ved å studere test-beregninger og data fra litteraturen. Vi ser spesielt på direkte numerisk simulering (DNS) av en luft-jet. Her betyr DNS at turbulensen blir beskrevet med en metode som løser opp strømningen både i tid og rom, uten å ty til turbulensmodeller. Til sist studerer vi trykksatt CO2 som strømmer gjennom en liten dyse og som deretter danner en sterkt underekspandert jet og som består av CO2 i gass-, væske- og fast form. Under disse forholdene dannes et tønnesjokk, og formen og størrelsen av våre beregnede tønnesjokk stemmer godt med tidligere laboratoriemålinger. Den tønne-aktige sjokkstrukturen kan sees i plottet nedenfor.

Video som viser utviklingen av turbulens i en CO2-jet. CO2 med trykk 52 bar strømmer ut gjennom en dyse med diameter 1 mm. Fargene viser størrelsen på virvlingen.

Med disse lovende resultatene ønsker vi å fortsette arbeidet på metoden og bruke den til å beregne komplekse CO2-strømninger i jeter, prosessutstyr og rør eller brønner

0 comments on “Ny metode gjør det mulig med direkte numerisk simulering av trefase-strømning av CO2

Legg inn en kommentar