Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Influence of the bottle geometry on a foam formation during filling process - CFD modelling

Monika Jałowiecka

Abstract

The aim of this thesis was to simulate the filling process of a bottle using CFD-modelling system and examine the influence of the geometry on the amount of created foam by computing the volume fraction of air in dispensed liquid. Various methods of the filling with water and grape concentrate were discussed. The theoretical part is focused on filling methods used in industry and characteristic of the juice concentrates rheology. The term of a Brix scale and the effect of temperature and soluble solids concentration on rheological properties of grape concentrate were explained. Further, every stage of a CFD filling process simulation was thoroughly described. Moreover, the principles of foam physics were introduced. The computational part concerns simulations which were carried out for three different velocities of dispensing liquid each for both water and grape concentrate simulations and every method of the filling process. The first method considers such a position of dosing tube that it remains above the free liquid surface during the all process. The second one considers dosing close to the bottom of the bottle. Taking every case into account it is possible to compare the air volume fraction of specific moments of the filling and state the influence of particular areas of the bottle on foam formation process. It was observed that flat bottom of the bottle causes adjacency of the bubbles to its surface near walls and the axis. Moreover, oscillations of air volume fraction values were noticed for two smaller dosing velocities. Comparing the geometry which was examined with others shapes of bottles it was concluded that a rounded and concave bottom induces lower values of air volume fraction in the beginning of the filling process.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Monika Jałowiecka (FCPE) Monika Jałowiecka,, Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Title in Polish
Modelowanie wpływu geometrii butelki na proces powstawania piany podczas procesu napełniania
Supervisor
Łukasz Makowski (FCPE/DSP) Łukasz Makowski,, Department of Separation Processes (FCPE/DSP)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Certifying unit
Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Affiliation unit
Department of Separation Processes (FCPE/DSP)
Study subject / specialization
, Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
04-02-2019
Issue date (year)
2019
Pages
70
Internal identifier
DICHP-2859
Reviewers
Agata Bożena Penconek (FCPE/CIPE) Agata Bożena Penconek,, Chair of Integrated Process Engineering (FCPE/CIPE)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE) Łukasz Makowski (FCPE/DSP) Łukasz Makowski,, Department of Separation Processes (FCPE/DSP)Faculty of Chemical and Process Engineering (FCPE)
Keywords in Polish
proces napełniania, piana, geometria butelki, Obliczeniowa Mechanika Płynów, CFD, symulacja, koncentrat winogronowy, przepływ wielofazowy
Keywords in English
filling process, foam, bottle geometry, Computational Fluid Dynamics, CFD, simulation, grape concentrate, multiphase flow
Abstract in Polish
Celem pracy było wykonanie symulacji CFD procesu napełniania butelki i określenie wpływu jej geometrii na ilość powstałej piany poprzez wyznaczenie ułamka objętościowego powietrza zawartego w cieczy z uwzględnieniem różnych sposobów napełniania wodą i koncentratem winogronowym. Część teoretyczna pracy została poświęcona sposobom realizacji procesu napełniania butelek na skalę przemysłową i charakterystyce reologii koncentratów soków owocowych. Wprowadzono pojęcie powszechnie stosowanej w przemyśle przetwórstwa soków skali Brixa oraz zaprezentowano zbadany dotychczas wpływ temperatury płynu i zawartości cukrów na właściwości reologiczne koncentratu winogronowego. W dalszej części skupiono się na etapach analizy CFD na przykładzie procesu napełniania butelki oraz przybliżono fizykę procesu powstawania piany. Część obliczeniowa pracy dotyczy przeprowadzonych symulacji napełniania modelu rzeczywistej butelki dla trzech prędkości wprowadzanego płynu. Oddzielnie przeprowadzono symulacje dla wody i koncentratu winogronowego rozpatrując dwie metody napełniania butelki. Pierwsza uwzględnia takie położenie rurki wprowadzającej płyn, dla którego przez cały proces pozostaje ona nad powierzchnią cieczy, zaś druga metoda dotyczy położenia rurki w okolicach dna butelki. Pozwoliło to na porównanie wartości ułamka objętościowego powietrza w płynie na tych samych etapach napełniania dla różnych warunków procesu w tej samej butelce i określenie wpływu konkretnych obszarów butelki na proces powstawania piany. Wykazano, że płaskie dno sprzyja przyleganiu pęcherzyków do jego powierzchni w okolicach ścianek i osi butelki oraz zaobserwowano oscylacje wartości ułamka objętościowego dla dwóch mniejszych prędkości dozowania. Porównując zaś analizowaną geometrię z innymi kształtami butelek zauważono, że zaokrąglone, wklęsłe dno wywołuje mniejsze spienienie na początku procesu.
File
  • File: 1
    praca_inzynierska_Monika_Jalowiecka.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 26298

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTde8998b7fa3a41aa913ed7261f55ee13/
URN
urn:pw-repo:WUTde8998b7fa3a41aa913ed7261f55ee13

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page