Çalkantı türbülanslı akış - Churn turbulent flow

Çalkantı türbülanslı akış bir iki fazlı gaz / sıvı Akış rejimi gazın olduğu yüksek derecede çalkalanmış bir akışla karakterize kabarcıklar Sayı olarak hem birbirleriyle etkileşime girmeye hem de etkileşim halindeyken sistemde benzersiz şekil ve davranışlara sahip daha büyük çarpık baloncuklar oluşturmak için birleşmek için yeterlidir. Bu akış rejimi, yüksek gaza ve düşük gaz oranına sahip bir sistemde büyük bir gaz fraksiyonu olduğunda oluşturulur. sıvı hız. Öngörü değeri nedeniyle anlamak ve modellemek için önemli bir akış rejimidir. nükleer reaktör Gemi kaynama akışı.

Oluşum

Kabarcık sayısının düşük olduğu akışa ideal olarak ayrılmış kabarcık akışı denir. Baloncuklar birbirleriyle etkileşime girmiyor. Baloncukların sayısı arttıkça birbirleriyle çarpışmaya başlarlar. Daha sonra, başlık kabarcıkları oluşturmak üzere bir araya gelme eğiliminde oldukları bir durum ortaya çıkar ve oluşan yeni akış modeline çalkalama türbülanslı akış adı verilir. Böyle bir akışta meydana gelen kabarcıklar, küçük, büyük ve bozuk kabarcıklar olarak sınıflandırılabilir. Küçük kabarcıklar genellikle küresel veya eliptiktir ve büyük ve bozuk kabarcıkların ardından ve duvarlara yakın yerlerde büyük bir konsantrasyonda karşılaşılır. Büyük, elipsoidal veya kapaklı kabarcıklar, akışın çekirdek bölgesinde ve ayrıca oldukça deforme olmuş bir arayüze sahip bozuk kabarcıklarda bulunabilir.

Çalkantı türbülanslı akış, endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak karşılaşılır. Tipik bir örnek, nükleer reaktörlerdeki kaynama akışıdır.

Çalkalama türbülanslı rejimde kabarcık kolon akışlarının sayısal simülasyonu

Sayısal simülasyonlar çalkalama türbülanslı rejimde çalışan silindirik kabarcık kolonlarının% 100'ü, Euler – Euler yaklaşımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. RNG k – ε modeli sıvı türbülansı için[kaynak belirtilmeli ]. Tek boyutlu kabarcık modelleme, çift boyutlu kabarcık modelleme ve çok boyutlu grup modelleme (MUSIG) dahil olmak üzere çeşitli yaklaşımlar gerçekleştirilmiştir.

Ayrılma kütlesel korumalı formülasyonlar ve birleşme kabarcık boyutu dağılımlarının hesaplanmasında kütle korunan formülasyon oranları kullanılmıştır. Tek boyutlu modelleme için Schiller-Naumann sürükleme kuvveti kullanıldı ve MUSIG modellemesi için Ishii-Zuber sürükleme kuvveti kullanıldı. Çift boyutlu kabarcık modeli için deneysel bir sürükleme formülasyonu kullanıldı. Üç model ile elde edilen zaman ortalamalı eksenel hız ve gaz tutmanın simülasyon sonuçları, elde edilen literatürde rapor edilen deneysel verilerle karşılaştırılmıştır. Üç sonucun tümünün karşılaştırılmasından sonra, yalnızca bir miktar kaldırma kuvvetine sahip MUSIG modellerinin, tam gelişmiş akış rejiminde ölçülen gaz tutmanın radyal dağılımını kopyalayabileceği çok açık hale geldi. Homojen olmayan MUSIG modeli, eksenel sıvı hızının tahmininde diğer modellerden biraz daha iyi sonuç verir. Tüm simülasyonlar için RNG k – ε modeli kullanıldı ve sonuçlar, k – ε modelinin bu versiyonunun nispeten yüksek oranda türbülans dağıtımı ve yüksek kabarcık kırılması sağladığını ve dolayısıyla rasyonel bir kabarcık boyutu dağılımının oluştuğunu gösterdi. Burada ayrılma oranlarının geçici manipülasyonu göz ardı edildi. Sürükleme kuvveti, ortalama kabarcık boyutları ve türbülans özelliklerinin karşılıklı etkileri, simülasyon Sonuçlar. İki faz arasındaki bağıl hızda bir azalma, sürükleme kuvvetindeki artış nedeniyle karşılaşılır ve bu, k ve ε değerlerinde düşüşe neden olabilir. Düşük kırılma oranları, büyük Sauter çapı bu türbülansın yayılma hızlarıyla doğrudan bağlantılıydı. Sürükleme kuvveti, Sauter çapındaki değişimden doğrudan etkilenir.

Referanslar

  • Montoya, G .; Liao, Y .; Lucas, D .; Krepper, E. "İki Akışkanlı Çok Alanlı Hidrodinamik Modelin Çalkantılı Türbülanslı Akışlar için Analizi ve Uygulamaları", 21. Uluslararası Nükleer Mühendislik Konferansı - ICONE 21. Çin (2013)
  • Montoya, G .; Baglietto, E .; Lucas, D .; Krepper, E. "Yüksek Boşluk Fraksiyonlu Rejimlerde Çok Ölçekli Arayüzey Yapılarının İşlenmesi için Genelleştirilmiş Çok Alanlı İki Akışkanlı Bir Yaklaşım", MIT Energy Night 2013. Cambridge, Massachusetts, ABD (2013)

• Montoya, G .; Lucas, D .; Krepper, E .; Hänsch, S .; Baglietto, E. Yüksek Boşluk Fraksiyonlu Rejimlerde Çok Ölçekli Arayüzey Yapılarının Arıtılması için Genelleştirilmiş Çok Alanlı İki Akışkanlı Yaklaşımın Analizi ve Uygulamaları 2014 Uluslararası Nükleer Santrallerde Gelişmeler Kongresi - ICAPP 2014. ABD (2014) • Montoya, G .; Baglietto, E .; Lucas, D .; Krepper, E .; Hoehne, Ortalama Euler-Euler Çoklu Akışkan Yaklaşımı ve Genelleştirilmiş İki Fazlı Akış (GENTOP) Kavramı 22. Uluslararası Nükleer Mühendisliği Konferansı - ICONE 22. Çek Cumhuriyeti (2014) kullanarak Yüksek Boşluk Fraksiyon Rejimlerinin Karşılaştırmalı Analizi

  • Montoya, G .; Baglietto, E .; Lucas, D .; Krepper, E.

Çalkantılı-Türbülanslı ve Geçişli Akışlarda Farklı Arayüzey Ölçeklerinin Arıtılması için CMFD Genelleştirilmiş Çok Alanlı Bir Modelin Geliştirilmesi ve AnaliziCFD4NRS-5 - CFD / CMFD Kodlarının Nükleer Reaktör Güvenlik Tasarımına Uygulanması ve Deneysel Doğrulaması. İsviçre (2014)

[1]

  • × M. Pourtousi, J.N. SahuP. Ganesan Kimya Mühendisliği ve İşleme: Proses Yoğunlaştırma 2014, 75, 38–47 [CrossRef]
  1. ^ • Lijia Xu, Zihong Xia, Xiaofeng Guo ve Caixia Chen Endüstri ve Mühendislik Kimyası Araştırması 2014, 53 (12), 4922-4930 [ACS Tam Metin] [PDF (1741 KB)] [Bağlantılarla PDF (526 KB)]