عنوان مقاله :
شبيه سازي مستقيم عددي جريان آشفته ي حاوي ذرات با شرط مرزي چسبش- لغزش مخلوط روي ذرات
عنوان به زبان ديگر :
DIRECT NUMERICAL SIMULATION OF TURBULENT PARTICLE-LADEN FLOW WITH MIXED STICK-SLIP BOUNDARY CONDITION
پديد آورندگان :
علي نژاد، زهره دانشگاه ياسوج گروه مهندسي مكانيك , موسائي، امين دانشگاه ياسوج - گروه مهندسي مكانيك , زنده بودي، غلامرضا دانشگاه ياسوج - گروه مهندسي مكانيك
كليدواژه :
شبيه سازي مستقيم عددي , جريان حاوي ذرات , جريان آشفته ي همگن ايزوتروپ , شرط چسبشٓ-لغزش مخلوط
چكيده فارسي :
در اين پژوهش، جريان آشفته ي حاوي ذرات در يك مكعب با شرط مرزي دوره يي و اعمال شرط مرزي چسبش ـ لغزش مخلوط روي ذرات بررسي شده است. ميدان جريان سيال با شبيه سازي مستقيم عددي معادلات ناويرٓـ استوكس حل شده است و براي به دست آوردن ميدان جريان آشفته ي اجباري از بارگذاري خطي استفاده شده است. معادله ي حاكم بر ذرات، معادله ي مكسيٓـ رايلي است و حل عددي آن با در نظر گرفتن شرط مرزي چسبشٓـ لغزش مخلوط روي ذرات ارائه شده است. در سمت راست معادله ي مكسيٓ ـ رايلي نيروهاي وارد بر هر ذره وجود دارد كه در اين پژوهش، با استفاده از حل تحليلي جريان خزشي روي يك ذره ي كروي با شرط مرزي چسبشٓ ـ لغزش مخلوط، رابطه يي براي محاسبه ي نيروي مقاومت واردشده از طرف سيال به ذره به دست آمده و در كد D N S اعمال شده است. ابر ذرات در اين جريان متشكل از 100هزار ذره است كه نتايج براي عدد استوكس ${ m{S t=1}}$ و اعداد تروستل مختلف نمايش داده شده است. همچنين با بررسي رفتار ذرات در نزديكي گردابه ها مشاهده شده است كه با كاهش لغزش و در اعداد تروستل پايين، با كاهش اثر سيال بر ذرات، ذرات با سرعت بيشتري به بيرون از گردابه ها پرتاب مي شوند.
چكيده لاتين :
In this paper، a homogeneous isotropic turbulent flow inside a box with periodic boundary conditions laden with heavy spherical particles is investigated. The mixed stick-slip boundary condition is applied onto the particles surface. In all previous studies، the problem have been solved by considering no-slip boundary condition on the particles، but this assumption is not always acceptable، e.g.، in two-phase liquid-liquid and liquid-gas suspensions. For example، assuming no-slip boundary condition on the surface of
liquid particles is not realistic، because، the background flow induces a flow inside the liquid drops، and thus، there is a non-zero velocity at the interface. This effect can be modeled by assuming the slip boundary condition. Furthermore، due to the evaporation of liquid particles suspended in a gas، there is a mass transfer at the interface، which could be modeled as a boundary slip، again. Also، with the progress of technology، hydrophobic materials are being used in various areas. These surfaces cause an apparent slip at the boundary. Hence، the study of mixed stick-slip boundary condition is of great fundamental as well as applied importance، because the effect of creeping flow boundary condition on the dynamics of the particles can be observed. The background turbulent flow field is computed using the direct numerical simulation (DNS) technique. In order to sustain the turbulence state، a linear forcing scheme is employed. The particle dynamics is governed by the Maxey-Riley equation. The drag force acting on the particle is obtained by solving creeping flow around a spherical particle with slip boundary condition. The so-obtained analytical formula for the drag force is supplied to the DNS solver. Simulations were conducted with different number of particles، different Stokes numbers، and different amounts of slippage. Results show that the increase of the slip on the particles surface causes the decrease of the preferential concentration. By using Q criterion، the vortices are detected and behaviors of particles near these vortices are studied. Results show that by decreasing Trostel number and drag force، particles run away more quickly from the vortices.
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك شريف
عنوان نشريه :
مهندسي مكانيك شريف
