Análisis CFD del flujo de suspensión de fibras turbulentas
Autores: Shankar, Vijay; Lundberg, Anton; Pamidi, Taraka; Landström, Lars-Olof; Johansson, Örjan
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2020
Acceso abierto
Artículo científico
2020
Análisis CFD del flujo de suspensión de fibras turbulentas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Modelo
Flujo de suspensión de fibra
Función de distribución de orientación
Momento del fluido
Detalle anisotrópico
Datos experimentales
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se propone un nuevo modelo para el flujo de suspensión de fibras turbulentas al introducir un modelo para la función de distribución de orientación de fibras (ODF). El acoplamiento entre las fibras suspendidas y el momento del fluido se introduce a través de los tensores de orientación de fibras de segundo y cuarto orden, respectivamente. A partir de la ODF modelada, se deriva un método para construir expresiones explícitas para los componentes de los tensores de orientación como funciones del campo de flujo. La implementación del método proporciona un modelo de fibra que incluye el detalle anisotrópico de las tensiones introducidas debido a la presencia de las fibras, mientras que es significativamente más económico que resolver el transporte de la ODF y calcular los tensores de orientación mediante integración numérica en cada iteración. El modelo fue validado y ajustado utilizando datos experimentales de flujo sobre un escalón orientado hacia atrás. El modelo fue luego validado aún más con datos experimentales de un flujo de canal de suspensión de fibras turbulentas. También se realizaron simulaciones utilizando un modelo de fluido viscoplástico de Bingham para comparación. El modelo ODF y el modelo de Bingham tuvieron un rendimiento razonablemente bueno en las áreas de flujo turbulento, y este último modelo demostró ser ligeramente mejor dadas las configuraciones de parámetros probadas en el presente estudio. El modelo ODF puede tener un buen potencial, pero se necesita un estudio más riguroso para evaluar completamente el modelo.
Descripción
Se propone un nuevo modelo para el flujo de suspensión de fibras turbulentas al introducir un modelo para la función de distribución de orientación de fibras (ODF). El acoplamiento entre las fibras suspendidas y el momento del fluido se introduce a través de los tensores de orientación de fibras de segundo y cuarto orden, respectivamente. A partir de la ODF modelada, se deriva un método para construir expresiones explícitas para los componentes de los tensores de orientación como funciones del campo de flujo. La implementación del método proporciona un modelo de fibra que incluye el detalle anisotrópico de las tensiones introducidas debido a la presencia de las fibras, mientras que es significativamente más económico que resolver el transporte de la ODF y calcular los tensores de orientación mediante integración numérica en cada iteración. El modelo fue validado y ajustado utilizando datos experimentales de flujo sobre un escalón orientado hacia atrás. El modelo fue luego validado aún más con datos experimentales de un flujo de canal de suspensión de fibras turbulentas. También se realizaron simulaciones utilizando un modelo de fluido viscoplástico de Bingham para comparación. El modelo ODF y el modelo de Bingham tuvieron un rendimiento razonablemente bueno en las áreas de flujo turbulento, y este último modelo demostró ser ligeramente mejor dadas las configuraciones de parámetros probadas en el presente estudio. El modelo ODF puede tener un buen potencial, pero se necesita un estudio más riguroso para evaluar completamente el modelo.