CFD simulace vícefázového proudění na nakloněné desce: porovnání smáčivosti různých kapalin. Martin Šourek

Transkript

1 CFD simulace vícefázového proudění na nakloněné desce: porovnání smáčivosti různých kapalin Martin Šourek VŠCHT Praha Ústav matematiky Praha 13. Prosince 2016

2 Úvod Model Výsledky Závěr Úvod Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 2

3 Motivace Modelování vícefázových toků Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 3

4 Úvod Model Výsledky Závěr Model Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 4

5 Řešič interfoam Metoda konečných objemů Využití Gauss-Ostrogradského věty při integraci přes objem buňky V P adv = S P ads S P ads = f f a ds vektor S f Aproximace hodnotou v těžišti stěny f f a ds = f S f a f Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 5

6 Řešič interfoam Metoda objemu tekutiny Navier-Stokesovy rovnice nestlačitelného izotermického proudění doplněné o VoF (ρu) t α t U = 0 + Uα = 0 + ρu U = p + T + ρf b Ilustrace VoF metody Vlastnosti v buňce obsahující fázové rozhraní ρ = ρ l α + ρ g 1 α μ = μ l α + μ g 1 α Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 6

7 Řešič interfoam Implementace advekční rovnice Eulerův model dvou tekutin α t + U lα = 0 (1 α) + U t g (1 α) = 0 Předpoklad a relativní rychlost U = U l α + U g (1 α) U r = U l U g Advekční rovnice s kompresním členem α t + Uα + U rα 1 α = Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 7

8 Řešič interfoam Implementace zákonu zachování hybnosti Zákon zachování hybnosti (ρu) t + ρu U = p + T + ρf b Vyjádření členů v rovnici f σ = σκ α T = μ U + U μ Zákon zachování hybnosti ve tvaru implementovaném v řešiči interfoam (ρu) t + ρu U μ U U μ = p d g x ρ + σκ α Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 8

9 Výpočetní doména Nastavované parametry Dodatečné parametry H = 0.7 cm Úhel náklonu φ = π 3 rad Výška vstupu kapaliny H l = 0.4 mm Weberovo číslo L = 60 cm We = ρ l U 2 H l γ l W = 50 cm Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 9

10 Výpočetní doména Volba jemnosti sítě buněk buněk Tabulka jemnosti sítě pro různé kapaliny Kapalina počet buněk H2O CH3OH C2H5OH C6H C7H Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 10

11 Úvod Model Výsledky Závěr Výsledky Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 11

12 Validace Porovnání výsledků simulace pro H2O s dostupnými experimentálními daty Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 12

13 Smáčivost kapalin Porovnání smáčivosti studovaných kapalin v závislosti na voleném parametru Porovnání toků pro dané We C6H14 C2H5OH C7H16 CH3OH Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 13

14 Úvod Model Výsledky Závěr Závěr Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 14

15 Reference 1. Moukalled, F., L. Mangani, and M. Darwish, The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics: An Advanced Introduction with OpenFOAM and Matlab. 2015: Springer Publishing Company, Incorporated Jasak, H., Error analysis and estimation for finite volume method with applications to fluid flow Versteeg, H.K., An introduction to computational fluid dynamics : the finite volume method. 1st ed. ed, ed. W. Malalasekera. 1995, Harlow: Pearson. 4. Cooke, J.J., et al., Gas-liquid flow on smooth and textured inclined planes. World Academy of Science, Engineering and Technology, (8): p Hoffmann, A., et al., Detailed Investigation of Multiphase (Gas Liquid and Gas Liquid Liquid) Flow Behaviour on Inclined Plates. Chemical Engineering Research and Design, (2): p Hoffmann, A., et al., Fluid dynamics in multiphase distillation processes in packed towers. Computers & Chemical Engineering, (6): p Martin Šourek, CFD simulace vícefázového proudění, 2. Seminář VŠCHT k OpenFOAM 15

16 Děkuji Vám za pozornost