Numerical Simulation of Hindered Diffusion in γ -Alumina Catalyst Supports

By employing multi-scale random models of γ-alumina, we have studied the influence of porosity, grain aspect ratio and aggregation state on the effective diffusion coefficient. Multi-scale Boolean models of platelets were used to produce digital volumes reproducing the alumina porous space. Iterative fast Fourier transform numerical simulation of Fick’s diffusion were performed on the volume to obtain the effective diffusion coefficient. The tortuosity factors of the various simulated models show a simple dependence with pore volume fraction with an exponent guided by the platelet aspect ratio and the aggregation state. Comparisons with proton pulsed-field gradient nuclear magnetic resonance spectrometry show a satisfactory agreement. Nous avons étudié l’influence de la porosité, du facteur d’allongement des grains et de l’état d’aggrégation sur le coefficient de diffusion effectif à l’aide de modèles aléatoires multi-échelles d’alumine γ. Des schémas Booléens multi-échelles ont été utilisés pour obtenir des volumes numériques représentant l’espace poral des alumines. Des simulations numériques de diffusion de Fick utilisant des itérations de transformées de Fourier rapides ont été réalisées sur les volumes afin d’obtenir les coefficients de diffusion effectifs. La tortuosité des différents modèles suit une loi fonction de la porosité, avec un exposant dépendant de l’allongement des plaquettes et de l’état d’aggrégation. Des comparaisons avec des mesures de spectrométrie de résonance magnétique nucléaire du proton à gradient de champ pulsé montrent un accord satisfaisant.