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Closure models for the computation of dilute bubbly flows

Authors
  • Mitran, S.M.
  • karlsruhe, forschungszentrum
  • karlsruhe, forschungszentrum
Publication Date
Jan 01, 2000
Source
OpenGrey Repository
Keywords
Language
English
License
Unknown

Abstract

Der hohe numerische Aufwand und die begrenzte Leistung heutiger Computer erlauben es bei grossskaligen numerischen Berechnungen von turbulenten Blasenstroemungen nicht, die Phasengrenzflaechen und die entsprechenden Grenzschichten detailliert aufzuloesen. Damit ergibt sich das Problem, geeignete Schliessungsmodelle zu entwickeln. In diesem Bericht werden zwei Schliessungsprobleme betrachtet. Dabei wird davon ausgegangen, dass das Berechnungsverfahren auf den Erhaltungsgleichungen fuer die Massenschwerpunktgroessen der Zweiphasenstroemung basiert. Das erste Schliessungsproblem behandelt die Abweichung zwischen dem Impulsfluss des Massenschwerpunkts und dem wahren Impulsfluss in einer Gitterzelle. Diese Abweichung wird ausgedrueckt durch einen Drift-Impulsfluss. Es werden zwei Modelle zur Berechnung des Drift-Impulsflusses vorgestellt. Das erste Modell verwendet eine Kombination aus reibungsfreier und reibungsbehafteter Analyse der Umstroemung einer Einzelbase und ist fuer laminare Stroemung geeignet. Das zweite Modell basiert auf der Helmholtz-Zerlegung des turbulenten Geschwindigkeitsfeldes in ein skalares Potential und ein Vektorpotential. Zur Bestimmung der beiden Potentiale werden Poisson-Gleichungen mit modifizierter rechter Seite geloest. Die Modifikationen spiegeln dabei den Einfluss der nicht aufgeloesten Grenzschichtbedingungen an der Phasengrenze der Blase wider. Das zweite Schliessungsproblem behandelt die Entwicklung eines Feinstrukturmodells fuer raeumlich nicht aufgeloeste turbulente Fluktuationen. Die nicht aufgeloesten Blasen werden ueber ihr hydrodynamisches Potential dargestellt. Mit Hilfe der kinetischen Theorie wird fuer die nicht aufgeloesten Blasen eine zusaetzliche Viskositaet abgeleitet. Darauf aufbauend wird mit einer Renormalisierungsgruppen-Analyse ein Feinstrukturmodell entwickelt. Der Bericht schliesst mit Ueberlegungen zur Rekonstruktion von Phasengrenzflaechen basierend auf dem Prinzip der Minimierung der Oberflaechenenergie. (orig.) / In the large scale computation of turbulent bubbly flow limited computer resources imply that not all phase interfaces and adjoining boundary layers may be resolved. The problem of devising appropriate closure models thus arises. Two closure problems are considered in this report. The computational procedure is assumed to be based upon the center of mass conservation equations. The first closure problem considered is the discrepancy between the center of mass momentum flux and the true momentum flux in a grid cell. This discrepancy is expressed by a momentum drift flux (MDF) term. Two models allowing computation of the MDF term are presented. The first model uses a viscid-inviscid interaction analysis of the flow around a single bubble and is suitable for laminar flow. The second model modifies the Helmholtz decomposition of the turbulent velocity field into a scalar and a vector potential. The Poisson equations giving the two potentials are solved with modified right hand side terms. The modifications reflect the influence of the unresolved boundary conditions on the bubble interfaces. The second closure problem considered is the derivation of a subgrid scale stress (SGS) model for unresolved turbulent motion. The unresolved bubbles are presented through their hydrodynamic potential. Kinetic theory is applied to derive an additional viscosity due to the unresolved bubbles. This effect is used in a renormalization group analysis to derive an SGS model. The report closes with some considerations on minimal surface energy interface reconstruction. (orig.) / SIGLE / Available from TIB Hannover: ZA 5141(6357) / FIZ - Fachinformationszzentrum Karlsruhe / TIB - Technische Informationsbibliothek / DE / Germany

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