Simulación Numérica Directa del Transporte de Sedimentos en Flujo Turbulento de Canal Abierto Usando el Método de Lattice Boltzmann
Autores: Hu, Liangquan; Dong, Zhiqiang; Peng, Cheng; Wang, Lian-Ping
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2021
Acceso abierto
Artículo científico
2021
Simulación Numérica Directa del Transporte de Sedimentos en Flujo Turbulento de Canal Abierto Usando el Método de Lattice Boltzmann
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Método de Lattice Boltzmann
Flujos turbulentos en canales abiertos
Partículas de sedimento
Interacciones partícula-turbulencia
Energía cinética turbulenta del fluido
Concentración de partículas
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El método de Boltzmann en red se emplea para realizar simulaciones numéricas directas de flujos turbulentos en canales abiertos con la presencia de partículas sedimentarias esféricas de tamaño finito. Las partículas uniformes tienen un diámetro de aproximadamente 18 unidades de pared y una densidad de p=2.65f, donde p y f son las densidades de las partículas y del fluido, respectivamente. Se utilizan tres fracciones de volumen de partículas bajas =0.11%, 0.22% y 0.44% para investigar las interacciones entre partículas y turbulencia. Los resultados de la simulación indican que las partículas tienden a resultar en una distribución más isotrópica de la energía cinética turbulenta del fluido (TKE) entre los diferentes componentes de velocidad, y una distribución más homogénea de la TKE del fluido en la dirección normal a la pared. Las partículas tienden a acumularse en la región cercana a la pared debido al efecto de sedimentación y residen preferentemente en rachas de baja velocidad. Los perfiles de fracción de volumen de partículas verticales son auto-similares cuando se normalizan por las fracciones de volumen total de partículas. Además, se capturan varios modos de transporte típicos de las partículas sedimentarias, como la resuspensión, la saltación y el rodamiento, al rastrear las trayectorias de las partículas. Finalmente, se muestra que los perfiles verticales de concentración de partículas son consistentes con un modelo cinético.
Descripción
El método de Boltzmann en red se emplea para realizar simulaciones numéricas directas de flujos turbulentos en canales abiertos con la presencia de partículas sedimentarias esféricas de tamaño finito. Las partículas uniformes tienen un diámetro de aproximadamente 18 unidades de pared y una densidad de p=2.65f, donde p y f son las densidades de las partículas y del fluido, respectivamente. Se utilizan tres fracciones de volumen de partículas bajas =0.11%, 0.22% y 0.44% para investigar las interacciones entre partículas y turbulencia. Los resultados de la simulación indican que las partículas tienden a resultar en una distribución más isotrópica de la energía cinética turbulenta del fluido (TKE) entre los diferentes componentes de velocidad, y una distribución más homogénea de la TKE del fluido en la dirección normal a la pared. Las partículas tienden a acumularse en la región cercana a la pared debido al efecto de sedimentación y residen preferentemente en rachas de baja velocidad. Los perfiles de fracción de volumen de partículas verticales son auto-similares cuando se normalizan por las fracciones de volumen total de partículas. Además, se capturan varios modos de transporte típicos de las partículas sedimentarias, como la resuspensión, la saltación y el rodamiento, al rastrear las trayectorias de las partículas. Finalmente, se muestra que los perfiles verticales de concentración de partículas son consistentes con un modelo cinético.