Expansión libre de gas y polvo en dos fases: Problema de referencia tridimensional para códigos de CFD
Autores: Stoyanovskaya, Olga P.; Grigoryev, Vitaliy V.; Suslenkova, Anastasiya N.; Davydov, Maxim N.; Snytnikov, Nikolay V.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Expansión libre de gas y polvo en dos fases: Problema de referencia tridimensional para códigos de CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Mecánica computacional
Flujos dispersos multifásicos
Interacción entre fases
Métodos numéricos
Soluciones de referencia
Dinámica de fluidos computacional.
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
En la mecánica computacional de flujos dispersos multifásicos, existe un problema al calcular la interacción entre fases en una mezcla de un fluido portador e inclusiones dispersas. El problema es que una simulación dinámica precisa de una mezcla de gas y sólidos finamente dispersos con intensa interacción entre fases requiere mucho más poder computacional en comparación con gas puro o una mezcla con interacción moderada entre fases. Para abordar este problema, se están buscando métodos numéricos efectivos para garantizar un costo computacional adecuado, precisión y estabilidad de los resultados a una intensidad arbitraria de intercambio de momento y energía entre fases. Así, para evaluar la aproximación, las propiedades dispersivas, disipativas y asintóticas de los métodos numéricos, se requieren soluciones de referencia de problemas de prueba relevantes. Tales soluciones son conocidas para problemas unidimensionales con ondas planas lineales. Introducimos una nueva solución analítica para el problema no lineal de expansión esféricamente simétrica de una bola de gas y polvo en un vacío. En ella, la dinámica de las fases portadora y dispersa se modela utilizando ecuaciones para un gas compresible e inviscido. Las partículas sólidas no tienen presión intrínseca y se asumen como monodispersas. Las fases portadora y dispersa intercambian momento. En la solución derivada, las velocidades de los nubes de gas y polvo dependen linealmente de los radios. Los resultados se reprodujeron en condiciones de alto, moderado y bajo intercambio de momento entre fases utilizando el método SPH-IDIC (Dinámica de Fluidos por Partículas Suavizadas con Arrastre Implícito en Celda) implementado en base a la biblioteca de código abierto OpenFPM. Informamos un ejemplo de uso de la solución como referencia para la verificación de modelos de CFD (dinámica de fluidos computacional) y para la evaluación de métodos numéricos. Nuestro generador de soluciones de referencia desarrollado en el entorno gratuito Scilab está disponible públicamente.
Descripción
En la mecánica computacional de flujos dispersos multifásicos, existe un problema al calcular la interacción entre fases en una mezcla de un fluido portador e inclusiones dispersas. El problema es que una simulación dinámica precisa de una mezcla de gas y sólidos finamente dispersos con intensa interacción entre fases requiere mucho más poder computacional en comparación con gas puro o una mezcla con interacción moderada entre fases. Para abordar este problema, se están buscando métodos numéricos efectivos para garantizar un costo computacional adecuado, precisión y estabilidad de los resultados a una intensidad arbitraria de intercambio de momento y energía entre fases. Así, para evaluar la aproximación, las propiedades dispersivas, disipativas y asintóticas de los métodos numéricos, se requieren soluciones de referencia de problemas de prueba relevantes. Tales soluciones son conocidas para problemas unidimensionales con ondas planas lineales. Introducimos una nueva solución analítica para el problema no lineal de expansión esféricamente simétrica de una bola de gas y polvo en un vacío. En ella, la dinámica de las fases portadora y dispersa se modela utilizando ecuaciones para un gas compresible e inviscido. Las partículas sólidas no tienen presión intrínseca y se asumen como monodispersas. Las fases portadora y dispersa intercambian momento. En la solución derivada, las velocidades de los nubes de gas y polvo dependen linealmente de los radios. Los resultados se reprodujeron en condiciones de alto, moderado y bajo intercambio de momento entre fases utilizando el método SPH-IDIC (Dinámica de Fluidos por Partículas Suavizadas con Arrastre Implícito en Celda) implementado en base a la biblioteca de código abierto OpenFPM. Informamos un ejemplo de uso de la solución como referencia para la verificación de modelos de CFD (dinámica de fluidos computacional) y para la evaluación de métodos numéricos. Nuestro generador de soluciones de referencia desarrollado en el entorno gratuito Scilab está disponible públicamente.