Logowanie do System sprawozdań KDM

Obliczenia przepływów wielofazowych

Kierownik projektu: Maria Knorps

Instytut Maszyn Przepływowych PAN w Gdańsku

Gdańsk

Streszczenie projektu

Zakres badań naukowych obejmuje modelowanie ruchu i dyspersji drobnych cząstek stałych i kropel (o rozmiarach rzędu mikrometrów) w przepływie turbulentnym. Przykładami takiego zjawiska są spalanie paliwa w kotłach przemysłowych, komorach spalania turbin gazowych i silników lotniczych oraz rozprzestrzenianie się pyłów w atmosferze i zanieczyszczeń w środowisku morskim.

Ze względu na szeroki zakres skal przepływu turbulentnego w zastosowaniach technicznych modelowanie numeryczne jest wysoce czasochłonne. W celu zmniejszenia wymaganej mocy obliczeniowej, do modelowania płynu stosuje się zazwyczaj uśrednione równania Naviera-Stokesa (RANS), które nie są jednak wystarczająco dokładne, gdy przepływ jest wielofazowy, w szczególności, gdy występuje faza dyspersyjna (cząstki). Dla ciężkich cząstek wielkością decydującą o ich ruchu, a co za tym idzie o szybkości dyspersji, przenoszonej energii kinetycznej, itd., jest prędkość płynu w położeniu cząstki. Dokładne wyznaczenie tego pola prędkości jest możliwe tylko dla prostych geometrii i niskiej intensywności turbulencji. Korzystając z metody dużych wirów (ang. Large Eddy Simulation - LES) można, choć wyższym niż dla RANS kosztem obliczeniowym, wyznaczyć pole prędkości płynu pomijając najmniejsze struktury wirowe, a przy tym uzyskując lepsze niż w RANS rezultaty dla fazy dyspersyjnej. Jednak aby w poprawny ilościowo sposób przewidzieć m.in. dyspersję ze źródła punktowego i separację (osadzanie się) cząstek na ściankach, należy uwzględnić w równaniach ruchu cząstek wpływ nierozwiązywanych najmniejszych skal wirowych przepływu.



Prowadzone badania mają dwa aspekty: pierwszym (poznawczym) jest ustalenie efektu, jaki najmniejsze skale wirowe turbulencji wywierają na ciężkie cząstki, a drugim (aplikacyjnym) jego modelowanie.

Oryginalność projektu polega na zastosowaniu modeli matematycznych ( głównie różniczkowych równań stochastycznych, ale również interpolacji fraktalnej i pól stochastycznych) w celu zwiększenia dokładności eulerowsko-lagranżowskich symulacji przepływu turbulentnego z fazą dyspersyjną w zastosowaniach technicznych bez zasadniczego zwiększania kosztu obliczeniowego.

Badanie wpływu najmniejszych wirów na cząstki ma szerszy zakres niż zazwyczaj obierany i obserwowane są nie tylko zmiany energii kinetycznej przy zaniedbaniu skal podsiatkowych, (jak to ma miejsce w LES), ale również m.in. wpływ filtru, którego splot z polem prędkości płynu stanowi podstawę metody LES, na prędkość płynu w położeniu cząstki. Pozwala to na udoskonalenie rozwijanych oraz istniejących modeli.

Publikacje

  1. Jacek Pozorski, Maria Knorps and Mirosław Łuniewski, Effects of subfilter velocity modelling on dispersed phase in LES of heated channel flow , Journal of Physics: Conference Series 333, (2011) 012014
  2. J. Pozorski , M. Knorps , J.-P. Minier and J.G.M. Kuerten, Anisotropic stochastic dispersion model for LES of particle-laden turbulent flows, 9th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modelling and Measurements 9, (2012) 6
  3. M. Knorps, J. Pozorski, Mixed model for heavy particles in Large Eddy Simulation of turbulent flow, XX Fluid Mechanics Conference KKMP2012, Gliwice, 17-20 September 2012 20, (2012) 7
  4. M. Knorps, Analiza a priori prędkosci cząstek w dwufazowym przepływie turbulentnym w kanale, Współczesne Technologie i Konwersja Energii, praca zbiorowa pod redakcją Jana Szantyra 1, (2012) 217-221
  5. Maria Knorps, Jacek Pozorski, AN INHOMOGENEOUS SUBGRID SCALE FOR PARTICLE DISPERSION IN LARGE-EDDY STOCHASTIC MODEL SIMULATION, ERCOFTAC WORKSHOP Direct and Large-Eddy Simulation 9 9, (2013) 1
  6. Maria Knorps, Jacek Pozorski, Non-homogeneous model for SGS velocity of heavy particles in LES of turbulent channel ?ow, Particles in Turbulence Eindhoven, July 1-5, 2013 1, (2013) 1
  7. Maria Knorps, Obliczenia LES przepływu z fazą dyspersyjną: algorytm metody i optymalizacja programu numerycznego, Opracowanie Wewnętrzne IMP PAN 987/2015, (2015) 1-14
  8. Maria Knorps, Modelowanie podsiatkowe w przepływach turbulentnych z cząstkami, Instytu Maszyn Przepływowych PAN 977/2016, (2016) 1-17

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93