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Transport of heat and mass for reactive gas mixtures in porous media: Modeling and application

Brust, David und Hopf, Katharina und Fuhrmann, Jürgen und Cheilytko, Andrii und Wullenkord, Michael und Sattler, Christian (2025) Transport of heat and mass for reactive gas mixtures in porous media: Modeling and application. Chemical Engineering Journal, 516, Seite 162027. Elsevier. doi: 10.1016/j.cej.2025.162027. ISSN 1385-8947.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894725028530

Kurzfassung

We present a modeling framework for multi-component, reactive gas mixtures and heat transport in porous media based on the Maxwell-Stefan and Darcy equations for multi-component diffusion and forced, viscous flow through porous media. Analysis of the model equations reveals thermodynamic consistency and uniqueness of steady states, while their mathematical structure facilitates discretization via the Finite-Volume approach resulting in an open-source based implementation of the modeling framework in Julia. The model allows imposing boundary conditions that accurately reflect the conditions prevailing in a photo-thermal chemical reactor that is subsequently introduced as a case study for the modeling framework. Comparison of numerical with experimental results reveals good agreement. Improvement options for the physical reactor are derived from simulation results demonstrating the practical utility of the modeling framework. Additionally, the framework is used for the simulation of thermodiffusion in a ternary gas mixture and has been verified with published numerical results with very good agreement.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215129/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Transport of heat and mass for reactive gas mixtures in porous media: Modeling and application
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Brust, DavidDavid.Brust (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5797-2394NICHT SPEZIFIZIERT
Hopf, KatharinaWeierstrass Institute, Mohrenstraße 39, 10117 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Fuhrmann, JürgenWeierstrass Institute, Mohrenstraße 39, 10117 Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Cheilytko, Andriiandrii.cheilytko (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5713-155XNICHT SPEZIFIZIERT
Wullenkord, MichaelMichael.Wullenkord (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6262-384XNICHT SPEZIFIZIERT
Sattler, ChristianChristian.Sattler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4314-1124NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:30 April 2025
Erschienen in:Chemical Engineering Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:516
DOI:10.1016/j.cej.2025.162027
Seitenbereich:Seite 162027
Verlag:Elsevier
ISSN:1385-8947
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Modeling, Porous media, Two-scale homogenization, Photo-thermal reactor, Thermodiffusion
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SW - Solar- und Windenergie
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Solare Brennstoffe
Standort: Jülich
Institute & Einrichtungen:Institut für Future Fuels > Chemische und physikalische Grundlagen
Institut für Solarforschung > Konzentrierende Solartechnologien
Hinterlegt von: Wullenkord, Dr.-Ing. Michael
Hinterlegt am:10 Jul 2025 11:36
Letzte Änderung:11 Jul 2025 11:22

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