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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- 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
- Maria Knorps, Obliczenia LES przepływu z fazą dyspersyjną: algorytm metody i optymalizacja programu numerycznego, Opracowanie Wewnętrzne IMP PAN 987/2015, (2015) 1-14
- Maria Knorps, Modelowanie podsiatkowe w przepływach turbulentnych z cząstkami, Instytu Maszyn Przepływowych PAN 977/2016, (2016) 1-17