Technische Universiteit Delft
Stromingen
door M&C
Promotie van dhr. E.R.A. Coyajee: "A Front-Capturing Method for the
Numerical Simulation of Dispersed Two-Phase Flow"
18 september 2007 | 12:30 uur
plaats: Aula TU Delft
De heer Ir. E.R.A. Coyajee | werktuigkundig ingenieur, Nederland
promotors | Prof.dr.ir. G. Ooms (3mE) en prof.dr.ir. P. Wesseling
(EWI)
toeg.prom | Dr.ir. B.J. Boersma (UHD-3mE)
A Front-Capturing Method for the Numerical Simulation of Dispersed
Two-Phase Flow
Stromingen van twee niet-mengbare vloeistoffen spelen een belangrijke
rol in een grote verscheidenheid van industriele processen, bv.
emulsificatie in de voedselindustrie en mengprocessen in
(petro-)chemische reactoren. Begrip van de dynamica en de interactie
van druppels in deze processen is essentieel om een economisch en
ecologisch verantwoord ontwerp te kunnen realiseren. Alhoewel
experimentele studies een goed inzicht geven in de fenomenologie van
dit soort gedispergeerde twee-fase stromingen, is het moeilijk
quantitatieve gegevens te verkrijgen. Daarom is een berekeningsmethode
ontwikkeld die een zeer gedetailleerde studie van stromingen in
twee-fase dispersies mogelijk maakt.
De zogenaamde `front-capturing' methode is geschikt voor zo'n
gedetailleerde studie. De vloeistofstroming van beide fases wordt
berekend op een stationair grid, terwijl een aparte procedure wordt
gebruikt om de geometrie en de evolutie van het grensvlak tussen de
fases te beschrijven. Elke vloeistof fase heeft een eigen dichtheid en
viscositeit en op het grensvlak wordt rekening gehouden met het effect
van oppervlaktespanning.
Dit onderzoek besteedt aandacht aan de volgende problematiek in de
numerieke modellering van tweefase stromingen: De nauwkeurige
representatie en advectie van de grensvlak geometrie, de nauwkeurige
en robuuste implementatie van dynamische voorwaarden aan het grensvlak
en een parallelle implementatie van de methode om grootschalige
berekeningen mogelijk te maken. De methode is gevalideerd d.m.v.
verschillende studies. Een directe vergelijking tussen berekenings- en
experimentele gegevens laat zien dat de algemene stromingsdynamica en
de bewiging van grensvlakken tussen vloeistoffen bijzonder goed
gerepresenteerd worden door de huidige methode. Anderzijds maken de
resultaten duidelijk dat de stroming in de dunne film tussen de
botsende druppels nog niet volledig opgelost kan worden door
beperkingen in gridresolutie. Desondanks kan de huidige methode direct
gebruikt worden voor berekeningen van dispersies van twee vloeistoffen
met ongeveer gelijke viscositeiten of dispersies waarin door een
relatief lage volumefractie weinig botsingen voorkomen. Met behulp van
dergelijke studies kan kennis ontwikkeld worden betreffende de invloed
van druppels en bellen op de turbulentie en rheologie van dispersies.
Laatst gewijzigd: 29 augustus 2007