Estudio Numérico del Flujo y la Deposición de Partículas en Filtros de Flujo en Pared con Salida Intacta o Dañada
Autores: Dritselis, Chris D.; Tzorbatzoglou, Fotini; Mastrokalos, Marios; Haralampous, Onoufrios
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2019
Acceso abierto
Artículo científico
2019
Estudio Numérico del Flujo y la Deposición de Partículas en Filtros de Flujo en Pared con Salida Intacta o Dañada
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujo
Partículas
Filtros
Deposición
Canales
Simulación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Examinamos el flujo de gas-partícula tridimensional dependiente del tiempo en un filtro de flujo de pared intacto que consiste en canales alternativamente tapados en cada extremo y un filtro parcialmente dañado en el que se han retirado los tapones traseros. Nuestro enfoque se centra en resaltar las diferencias en el patrón de flujo y el proceso de deposición entre las dos geometrías. Se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo de fluido acopladas con un modelo de Brinkman/Forchheimer para simular el flujo en las paredes porosas y los tapones. Se utiliza la simulación de partículas discretas para determinar las trayectorias de las nanopartículas. Con este esquema, podemos caracterizar las principales características de los campos de flujo que se desarrollan en los filtros intactos y dañados con respecto al número de Reynolds e identificar aquellos que afectan el transporte y la deposición de partículas que tienen tres tiempos de respuesta representativos. Presentamos contornos iso-velocidad del fluido, que describen los regímenes de flujo dentro de los canales, así como en regiones aguas arriba y aguas abajo de ellos. Proporcionamos evidencia de burbujas de recirculación locales en la entrada de los canales y después de su salida, mientras que el flujo de retorno ocurre frente a los tapones traseros de los canales intactos. Mostramos que el flujo sale de los canales como chorros fuertes que pueden romperse para ciertos parámetros de flujo, lo que lleva a la turbulencia con características que dependen de la presencia de los tapones traseros. La eliminación de los tapones traseros afecta la distribución del flujo, que a su vez influye en las tasas de flujo a lo largo de los canales y a través de las paredes. Describimos las trayectorias de las partículas y la topología de las partículas depositadas y mostramos que las partículas siguen de cerca las líneas de corriente, que pueden cruzar la superficie de las paredes permeables para ambas configuraciones de flujo. La distribución de partículas depositadas se asemeja a la variación espacial de la tasa de flujo a través de la pared, exhibiendo dos valores máximos en ambos extremos del canal del filtro intacto, y un máximo local cerca de la entrada del canal del filtro dañado que se reduce en la salida. También investigamos en detalle la deposición de partículas en la cara frontal e indicamos que la acumulación de partículas en los bordes de la entrada se favorece para partículas con bajos tiempos de respuesta en flujos con altas tasas de masa de fluido tanto para filtros intactos como dañados. Finalmente, examinamos la eficiencia de filtración para los canales defectuosos sin tapones traseros y mostramos que se capturan menos partículas a medida que se aumenta el número de Reynolds. También se predice una reducción menor de la eficiencia de filtración con el aumento del tamaño de las partículas.
Descripción
Examinamos el flujo de gas-partícula tridimensional dependiente del tiempo en un filtro de flujo de pared intacto que consiste en canales alternativamente tapados en cada extremo y un filtro parcialmente dañado en el que se han retirado los tapones traseros. Nuestro enfoque se centra en resaltar las diferencias en el patrón de flujo y el proceso de deposición entre las dos geometrías. Se resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes para el flujo de fluido acopladas con un modelo de Brinkman/Forchheimer para simular el flujo en las paredes porosas y los tapones. Se utiliza la simulación de partículas discretas para determinar las trayectorias de las nanopartículas. Con este esquema, podemos caracterizar las principales características de los campos de flujo que se desarrollan en los filtros intactos y dañados con respecto al número de Reynolds e identificar aquellos que afectan el transporte y la deposición de partículas que tienen tres tiempos de respuesta representativos. Presentamos contornos iso-velocidad del fluido, que describen los regímenes de flujo dentro de los canales, así como en regiones aguas arriba y aguas abajo de ellos. Proporcionamos evidencia de burbujas de recirculación locales en la entrada de los canales y después de su salida, mientras que el flujo de retorno ocurre frente a los tapones traseros de los canales intactos. Mostramos que el flujo sale de los canales como chorros fuertes que pueden romperse para ciertos parámetros de flujo, lo que lleva a la turbulencia con características que dependen de la presencia de los tapones traseros. La eliminación de los tapones traseros afecta la distribución del flujo, que a su vez influye en las tasas de flujo a lo largo de los canales y a través de las paredes. Describimos las trayectorias de las partículas y la topología de las partículas depositadas y mostramos que las partículas siguen de cerca las líneas de corriente, que pueden cruzar la superficie de las paredes permeables para ambas configuraciones de flujo. La distribución de partículas depositadas se asemeja a la variación espacial de la tasa de flujo a través de la pared, exhibiendo dos valores máximos en ambos extremos del canal del filtro intacto, y un máximo local cerca de la entrada del canal del filtro dañado que se reduce en la salida. También investigamos en detalle la deposición de partículas en la cara frontal e indicamos que la acumulación de partículas en los bordes de la entrada se favorece para partículas con bajos tiempos de respuesta en flujos con altas tasas de masa de fluido tanto para filtros intactos como dañados. Finalmente, examinamos la eficiencia de filtración para los canales defectuosos sin tapones traseros y mostramos que se capturan menos partículas a medida que se aumenta el número de Reynolds. También se predice una reducción menor de la eficiencia de filtración con el aumento del tamaño de las partículas.