Na všechna Oddělení

Výzkumná skupina vícefázových reaktorů

Výzkumná skupina vícefázových reaktorů se dlouhodobě zabývá systematickým studiem transportních jevů ve vícefázových soustavách. Výzkum je soustředěn na pochopení základních mechanizmů a interakcí v těchto systémech s cílem upřesnit stávající teoretické modely a vyvinout nové. K tomuto účelu jsou využívány experimenty založené na pokročilých diagnostických metodách, numerické simulace a různé teoretické přístupy.

Vize a cíle výzkumné skupiny:

  • Základní studium transportních jevů ve vícefázových systémech na různé časoprostorové úrovni (bublinový tok, granulární tok, suspenzní tok)
  • Popis a pochopení souvislostí mezi interakcemi jednotlivých objektů (bublin/kapek/částic) a makroskopickým chováním vícefázových systémů (víceškálový přístup)
  • Studium vlastností mezifázového rozhraní a jejich promítnutí do chování jednotlivých částic a zároveň makroskopického chování vícefázových systémů (vliv přítomnosti různých látek, iontů, surfaktantů, nanočástic)

Dynamika bubliny nebo kapky na mikroúrovni

Pro pochopení chování probublávaných nebo emulzních systémů je nezbytné studium dynamiky jednotlivých bublin nebo kapek (částic). Interakce dvou částic může vést ke koalescenci (spojování), nebo při interakci bubliny či kapky s vírem může docházet k jejich rozpadu na několik menších částic. Výzkum si klade za cíl popsat dynamické změny bublin nebo kapek při různých situacích (např. deformace, koalescence, rozpad).

 

Vliv povrchově aktivních látek na probublávané systémy

Povrchově aktivní látky jsou látky, jejichž molekuly se adsorbují na mezifázový povrch, a tudíž ovlivňují chování vícefázových systémů (zejména disperze kapalina-plyn). U biosurfaktantů (např. proteiny, peptidy) není dostatečně popsaný mechanizmus adsorpce na mezifázový povrch, a tudíž je těžké předpovídat jejich vliv na chování celého systému. Cílem výzkumu je studium mechanizmu adsorpce biosurfaktantů na povrch bubliny a jeho promítnutí do hydrodynamiky a přenosu hmoty v probublávaných systémech.

 

Prášky a granulární systémy

Prášky a granulární systémy, vyznačující se rozmanitostí velikostí, tvarů a materiálových vlastností částic, vykazují složité dynamické chování. Tyto systémy ovlivňují síly, prostorové uspořádání jednotlivých zrn a tokové charakteristiky, které spolu dohromady určují makroskopické chování, jako je segregace, míchání a vznik uspořádaných struktur. S využitím pokročilých výpočetních modelů a experimentálních technik v rámci našeho výzkumu popisujeme teoretické základy chování těchto systémů. Výsledky našeho výzkumu mají potenciální uplatnitelnost v různých průmyslových odvětvích, jako jsou farmaceutický a chemický průmysl, zemědělství a stavebnictví.

 

Transport hmoty kapalnými filmy

Tenké kapalné vrstvy jsou klíčové pro celou řadu důležitých transportních procesů ve fyzice, chemii a inženýrství. Na rozhraní mezi plynnou a kapalnou fází dochází k rozpouštění látek a jejich transportu difuzí v důsledku rozdílných fyzikálních vlastností a rozpustnosti plynů. Naším cílem je vývoj systému na bázi tenkého kapalného filmu pro efektivní dělení plynných směsí a jeho optimalizace pro danou aplikaci. Tato myšlenka je nová; výhodami jsou vysoký tok plynu (např. CO2) a laditelné složení filmu pro vysokou selektivitu membrány.

 

Další oblasti výzkumu

  • Přenos tepla v kapalinách s nanočásticemi
  • Hydrodynamika mikro a nanobublin

Inovativní zařízení pro tvorbu dynamických kapalinových bublinových membrán na vodní bázi pro separaci plynů/par

V posledních letech jsou hledány nové ekonomicky i ekologicky výhodné technologie pro odstraňování skleníkových plynů (např. CO2). Jednou z možností je tvorba tenkých kapalných filmů, které mohou sloužit jako účinné membrány. Naším cílem je vývoj systému na bázi dynamických kapalných bublinových membrán (DLBM) pro účinné dělení plynů a par. Principem DLBM je kontinuálně regenerovaná síť bublin naplněných směsí plynů; plyny jsou děleny na tenkém kapalném filmu stěn bublin v důsledku různých rozpustností plynů v kapalině tvořící bubliny. Navrhli jsme zařízení, které v laboratorních podmínkách prokázalo vynikající účinnost separace pro systémy CO2/CH4 a CO2/O2.

  • Lin Y.-C., Setničková K., Wang D.K., Chu Y.-F., Šíma V., Chiang Y.-Y., Uchytil P., Tseng H.-H., Innovative water-based dynamic liquid bubble membrane generation device for gas/vapour separation. Chem. Eng. J. 450(3), 138233-138242, 2022. DOI

Tvorba a deformace bubliny

Jednoduchý fyzikální koncept popisuje proces tvorby bublin, zahrnuje růst, odtržení, stoupání a následnou deformaci bubliny při stoupání. Jsou uvažovány tři efekty: vztlak, setrvačnost a elasticita. Zákon zachování energie při odtržení bubliny je použit k nalezení vztahu mezi výsledným tvarem bubliny a jejím Weberovým číslem. Navržený model dobře souhlasí s experimentálními výsledky pro režim toku σi (Hayashi K. et al., Int. J. Mult. Flow 142, 103653, 2021).

  • Punčochář M., Růžička M.C., Šimčík M., Bubble formation and deformation, Chem. Eng. Sci. 260(12), 117729, 2022. DOI

Reologie hydrogelů a jejich nanokompozitů

Hydrogely a jejich nanokompozity jsou látky, které jsou v dnešní době široce využívané od farmacie (kontaktní čočky, obkladové materiály, nosiče léčiv) po environmentální sektor (účinné adsorbenty). Přestože jsou tyto materiály široce využívané již po několik desetiletí, jejich příprava je typicky zaměřena jen na poměr reaktantů v reakční směsi bez ohledu na množství přítomné vody. V rámci našeho výzkumu jsme otestovali cílené řízení obsahu vody polyakrylamidových hydrogelů pomocí různého obsahu vody v průběhu polymerace. S obsahem vody souvisí zároveň morfologie a pevnost hydrogelu, takže tyto vlastnosti je možno nastavit podle potřeby.

Dále jsme studovali vliv struktury a složení hydrogelových nanokompozitů na jejich vlastnosti – morfologii, pevnost a zejména na jejich selektivitu a adsorpční kapacitu pro organická barviva. Měnil se typ aditiva (grafen, kaolin nebo laponit), obsah aditiva a obsah vody v polyakrylamidovém hydrogelovém nanokompozitu. Bylo zjištěno, že nejúčinněji zvyšuje adsorpční kapacitu pro organická barviva přídavek laponitu a to selektivně vůči kationickým barvivům, které mají ve struktuře fenylové skupiny. Adsorpční izotermy ukázaly jako nejúčinnější adsorbenty nanokompozity se středním obsahem vody, tj. optimální velikostí pórů.

  • Penkavova V., Spalova A., Tomas J., Tihon J., Polyacrylamide hydrogels prepared by varying water content during polymerization: Material characterization, reswelling ability, and aging resistance, Polym. Eng. Sci. 62, 901-916, 2022. DOI
  • Penkavova V., Spalova A., Tihon J., Polyacrylamide hydrogel-based nanocomposites containing graphene, kaolin or laponite: Physico-mechanical characterization and adsorption properties, Mater. Today Commun. 34, 105150, 2023. DOI

Revize elektrodifuzní teorie pro měření smykového napětí na stěně

Účinnost přenosu hmoty a energie mezi pevnou stěnou a okolní tekutinou zásadně ovlivňuje smykové napětí na stěně. Získat informace o prostorových změnách rychlosti pomocí experimentálních měření v blízkosti stěny však není triviální záležitost. Neschopnost klasických technik popsat dynamiku tekutin v blízkosti stěny vedla v minulosti k vývoji skupiny neinvazivních metod, mezi které patří i elektrodifuzní metoda. Aby měřená data byla správně interpretována, je nutné použít správnou teorii schopnou propojit měřený elektrický proud s požadovaným výsledkem ve formě velikosti vektoru smykové rychlosti. Publikace se zabývá zobecněním klasické Lévêquevo teorie, která se běžně používá pro interpretaci dat získaných pomocí elektro-difuzní metody. Rovněž byla navržena metodika experimentálního měření pomocí dvou nezávislých sond. Součástí publikované metodologie jsou odvozené výsledné rovnice potřebné pro kvantifikaci velikosti vektoru smykové rychlosti na stěně a bezrozměrného úhlu toku kapaliny.

  • Havlica J., Kramolis D., Huchet F., A revisit of the electro-diffusional theory for the wall shear stress measurement,  Int. J. Heat Mass Transf. 165, 120610, 2021. DOI
Tento web používá cookies. Více o cookies najdete zde.