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Large eddy simulation of iron(III) oxide nanoparticle synthesis in spray flames

分散性 纳米颗粒 材料科学 燃烧 粒子(生态学) 喷嘴 燃烧室 化学工程 粒径 凝结 纳米技术 热力学 化学 有机化学 高分子化学 物理 地质学 工程类 精神科 海洋学 心理学
作者
Seung-Jin Baik,Patrick Wollny,Monika Nanjaiah,Irenäus Wlokas,Andreas Kempf
出处
期刊:Applications in energy and combustion science [Elsevier BV]
卷期号:15: 100185-100185 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.jaecs.2023.100185
摘要

The SpraySyn burner has been developed to investigate nanoparticle synthesis from spray flames by various diagnostic methods and simulations from research groups within the DFG (German Research Foundation) priority program SPP1980. We investigate the formation of iron oxide nanoparticles from iron nitrate dissolved in a mixture of ethanol and ethyl hexanoic acid. In the SpraySyn experiment, the nanoparticle precursor solution is injected and atomized via an air-blast nozzle, surrounded by a pilot flame. The solvent itself is combustible, such that the droplets evaporate at high heating rates in a highly reactive environment. We investigate the synthesis flame in large eddy simulations. The liquid droplets are described by Lagrangian particles, and gas-phase combustion is modeled by the flamelet-generated manifold approach with adaptations for particle inception. The nanoparticle dynamics are predicted by three models: a monodisperse model, a bimodal model, and a sectional model. The monodisperse and bimodal models account in terms of number-, surface-, and volume-concentration from inception, coagulation, and sintering processes, while the sectional model accounts for inception and coagulation and provides the particle size distribution. The comparison of nanoparticle sizes with the in-situ measurements shows that the bimodal model can be a suitable alternative approach to the computationally expensive sectional model.

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