Una visión general de la modelización de dispersión lagrangiana de partículas pesadas en turbulencia homogénea e isotrópica y consideraciones sobre simulaciones LES relacionadas
Autores: Huilier, Daniel G. F.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Una visión general de la modelización de dispersión lagrangiana de partículas pesadas en turbulencia homogénea e isotrópica y consideraciones sobre simulaciones LES relacionadas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Flujos bifásicos
Seguimiento de partículas
Modelos lagrangianos
Modelos de caminata aleatoria
Partículas pesadas
Turbulencia
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El seguimiento de partículas es una técnica competitiva ampliamente utilizada en flujos bifásicos y es la más adecuada para simular la dispersión de partículas pesadas en la atmósfera. La mayoría de los modelos lagrangianos en el enfoque estadístico de la turbulencia se basan ya sea en el modelo de interacción de remolinos (EIM) y el método de Monte-Carlo o en modelos de caminata aleatoria (RWMs) que utilizan cadenas de Markov y una ecuación de Langevin. En el presente trabajo, se utilizan tanto técnicas de caminata aleatoria discontinuas como continuas para modelar la dispersión de partículas esféricas pesadas en turbulencia homogénea isotrópica estacionaria (HIST). Se discute su eficiencia para predecir la dispersión a largo plazo de partículas, la velocidad cuadrática media y las escalas de tiempo integrales lagrangianas. Se informan resultados de cálculo con velocidad de deriva media cero y no cero; se pretende cuantificar los efectos de inercia, gravedad, trayectoria cruzada y continuidad que controlan la dispersión. Los cálculos se refieren a esferas monodispersas densas en aire, con el número de Stokes de la partícula variando de 0.007 a 4. Debido a las debilidades de tales modelos, también se explorará un método matricial más sofisticado, capaz de simular la verdadera turbulencia del fluido experimentada por la partícula para estudios de dispersión a largo plazo. La evolución y el rendimiento de las computadoras desde entonces han permitido desarrollar, en lugar de estudios basados en Navier-Stokes promediados por Reynolds (RANS), simulaciones de grandes remolinos (LES) y simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia acopladas a Modelos de Langevin Generalizados. Por lo tanto, también se proporcionará una breve revisión sobre el progreso de las simulaciones lagrangianas basadas en simulaciones de grandes remolinos (LES), destacando la concentración preferencial. El marco teórico para las funciones de correlación temporal del fluido a lo largo de la trayectoria de la partícula pesada es el sugerido por Wang y Stock.
Descripción
El seguimiento de partículas es una técnica competitiva ampliamente utilizada en flujos bifásicos y es la más adecuada para simular la dispersión de partículas pesadas en la atmósfera. La mayoría de los modelos lagrangianos en el enfoque estadístico de la turbulencia se basan ya sea en el modelo de interacción de remolinos (EIM) y el método de Monte-Carlo o en modelos de caminata aleatoria (RWMs) que utilizan cadenas de Markov y una ecuación de Langevin. En el presente trabajo, se utilizan tanto técnicas de caminata aleatoria discontinuas como continuas para modelar la dispersión de partículas esféricas pesadas en turbulencia homogénea isotrópica estacionaria (HIST). Se discute su eficiencia para predecir la dispersión a largo plazo de partículas, la velocidad cuadrática media y las escalas de tiempo integrales lagrangianas. Se informan resultados de cálculo con velocidad de deriva media cero y no cero; se pretende cuantificar los efectos de inercia, gravedad, trayectoria cruzada y continuidad que controlan la dispersión. Los cálculos se refieren a esferas monodispersas densas en aire, con el número de Stokes de la partícula variando de 0.007 a 4. Debido a las debilidades de tales modelos, también se explorará un método matricial más sofisticado, capaz de simular la verdadera turbulencia del fluido experimentada por la partícula para estudios de dispersión a largo plazo. La evolución y el rendimiento de las computadoras desde entonces han permitido desarrollar, en lugar de estudios basados en Navier-Stokes promediados por Reynolds (RANS), simulaciones de grandes remolinos (LES) y simulaciones numéricas directas (DNS) de turbulencia acopladas a Modelos de Langevin Generalizados. Por lo tanto, también se proporcionará una breve revisión sobre el progreso de las simulaciones lagrangianas basadas en simulaciones de grandes remolinos (LES), destacando la concentración preferencial. El marco teórico para las funciones de correlación temporal del fluido a lo largo de la trayectoria de la partícula pesada es el sugerido por Wang y Stock.