تركيب روش اويلري - لاگرانژي و اويلري-اويلري براي مدلسازي عددي جريان چگال حاوي ذره

The Eulerian-Lagrangian and Eulerian-Eulerian methods combination for numerical modeling of the particle laden density current

جريان‌هاي چگال، به دليل تفاوت چگالي بين جريان و محيط اطراف، جريان مي‌يابند. دسته مهمي از سيال‌هاي چگال، جريان‌هاي گل‌آلود ناميده مي‌شوند كه اختلاف چگالي، به‌خاطر حضور ذرات جامد معلق در سيال ايجاد مي‌شود. در كار حاضر، تلاش گرديد تا با كنار هم گذاردن دو روش اويلري و لاگرانژي، از مزيت هر يك استفاده نمود، به اين صورت كه ذرات بزرگ‌تر كه به ‌علت سرعت سقوط بيشتر، نقش موثرتري را در مكانيزم رسوب دارند، به صورت لاگرانژي و ذرات كوچك‌تر با روش اويلري محاسبه مي‌شوند. براي بدست‌آمدن معياري براي اين دسته‌بندي ذرات، داخل يك كانال ساده، هفت جريان با ابعاد ذرات متفاوت به صورت اويلري-اويلري، شبيه‌سازي عددي گرديد و با حالت بدون ذره مقايسه شد و هم‌چنين روش اويلري-اويلري با نتايج آزمايشگاهي صحت‌سنجي شده است و مشخص گرديد زماني كه ابعاد ذرات كوچك‌تر از 12 ميكرون باشد، فرآيند رسوب‌گذاري، محسوس نمي‌باشد و مي‌توان از اثر حضور اين نوع از ذرات چشم پوشي نمود؛ بنابراين روش اويلري-اويلري براي ذرات كمتر از 12 ميكرون روش مناسبي محسوب مي‌شود. اعتبار‌سنجي روش اويلري-لاگرانژي با نتايج آزمايشگاهي صورت گرفته است و در نهايت جريان داخل كانال با طيفي از ابعاد ذرات با روش پيشنهاد شده در اين پژوهش (تركيب دو ديدگاه) شبيه‌سازي شده و به تشريح نتايج بدست‌آمده پرداخته شده است. براي انجام شبيه‌ سازي‌‌هاي عددي از توسعه كدهاي متن‌باز اپن‌فوم براي لحاظ كردن اثر ذرات استفاده شده است. باتوجه به آشفته بودن جريان از روش شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ براي مدل‌سازي آشفتگي استفاده شده است.

Density currents flow due to the density difference between the current and surrounding environment. An important category of density currents is called turbidity currents, which density difference created as a result of suspended solid particle presence in fluid. In the present study, it is tried to use both Eulerian-Eulerian and Eulerian-Lagrangian methods, to take advantage of each one. In this way, the larger particle that have a more effective role in sedimentation mechanism due to the more falling velocity are calculated as Lagrangian and smaller particles by the Eulerian method. In order to obtain a criterion for particle assortment, seven currents with different particle sizes in the Eulerian-Eulerian model have been numerically simulated in a simple channel and it is compared with no particle case, and also the Eulerian-Eulerian method has been verified with experimental results and identified when the particle sizes is less than 12 micron, the sedimentation process is not appreciable, and the presence effect of these kind of particle can be ignored. Therefore, the Eulerian-Eulerian method is a suitable method for this case. The Eulerian-Lagrangian method validation has been performed with experimental results. Finally, the current inside the channel with a spectrum of particle dimensions is simulated and described the results by the proposed method (the combination of two methods). To perform numerical simulations, the development of open-source OpenFOAM codes has been used to take into account the effect of particle. Due to the current’s turbulence, a Large Eddy Simulation method has been used for turbulent modeling.