Multiphase flows are commonly found in chemical engineering processes such as distillation columns, bubble columns, fluidized beds and heat exchangers. The physical boundaries of domains in numerical simulations of multiphase flows are generally defined by a conformal unstructured mesh which, depending on the complexity of the physical system, results in time-consuming mesh generation which frequently requires user-intervention. Furthermore, the resulting conformal unstructured mesh could potentially contain a large number of skewed elements, which is undesirable for numerical stability and accuracy. The diffuse-interface approach allows for the use of a simple structured meshes to be used while still capturing the desired physical (e.g., solid-fluid) boundaries. In this work, a novel diffuse-interface method for the imposition of physical boundaries is developed for the incompressible two-fluid multiphase flow model. This model is appropriate for dispersed multiphase flows which are pervasive in chemical engineering processes, in that this flow regime results in high levels of mass and energy transfer between phases. A diffuse interface is used to define the physical boundaries and boundary conditions are imposed by blending the conservation equations from the two-fluid model with that of the nondeformable solid. The results from the diffuse-interface method are compared with results from a conformal unstructured mesh for different interface functions and widths. For small interface widths, the accuracy of the flow profile is unaffected by the choice of interface function and the phase fraction distribution and flow behavior are within 3% compared to those from a conformal mesh. As the interface width increases, the diffuse-interface solution deviates from the conformal mesh solution in both the localized gas fraction and the overall gas hold-up, resulting in a difference up to 30%.


翻译:应用扩散界面混合方法实现二流体流动中的物理边界 翻译后的摘要: 多相流在化学工程过程(如蒸馏塔、气泡塔、流化床和换热器)中很常见。数值模拟中的域的物理边界通常由符合性非结构化网格来定义,这依赖于物理系统的复杂性,需要耗费大量时间来生成网格,且可能需要用户干预。此外,所得到的符合性非结构化网格可能包含很多倾斜的单元,这会影响数值稳定性和精度。扩散界面方法允许使用简单的结构化网格,同时仍然捕捉到所需的物理(如固体-流体)边界。本文针对不可压缩二流体多相流模型,开发了一种新颖的混合方法,用于强制实施物理边界。该模型适用于散射多相流,这是化学工程过程中普遍存在的流动模式,因为该流动模式导致相位之间的传质和传热。用扩散界面来定义物理边界,并通过将二流体模型的守恒方程与不可变形固体的守恒方程混合来施加边界条件。将扩散界面方法的结果与符合性非结构化网格的结果进行比较,并分别使用不同的界面函数和宽度。对于很小的界面宽度,流动分布的精度不受界面函数选择的影响,相分数分布和流动行为与符合性网格的结果相差不到3%。随着界面宽度的增加,扩散界面解与符合性网格解在局部气相分数和整体气隙率方面存在差异,导致差异高达30%。

0
下载
关闭预览

相关内容

【文本生成现代方法】Modern Methods for Text Generation
专知会员服务
43+阅读 · 2020年9月11日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
168+阅读 · 2019年10月11日
机器学习入门的经验与建议
专知会员服务
90+阅读 · 2019年10月10日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
99+阅读 · 2019年10月9日
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Arxiv
0+阅读 · 2023年6月6日
VIP会员
相关资讯
GNN 新基准!Long Range Graph Benchmark
图与推荐
0+阅读 · 2022年10月18日
VCIP 2022 Call for Demos
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年6月6日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
23+阅读 · 2019年5月22日
Transferring Knowledge across Learning Processes
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月18日
A Technical Overview of AI & ML in 2018 & Trends for 2019
待字闺中
16+阅读 · 2018年12月24日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
11+阅读 · 2018年3月15日
【推荐】RNN/LSTM时序预测
机器学习研究会
25+阅读 · 2017年9月8日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员