Numerical simulation of sudden-expansion particle-laden flows using the Eulerian lagrangian approach

Abstract

A Lagrangian-Eulerian model for the dispersion of solid particles in sudden-expansion flows is reported and validated. The fluid was calculated based on the Eulerian approach by solving the Navier-Stokes equations. A Lagrangian model is also applied, using a Runge-Kutta method to obtain the particle trajectories. The effect of fluid turbulence upon particle dispersion is taken into consideration through a statistical model. The predicted axial mean velocity and turbulent kinetic energy of both phases agree well with experimental data reported by Sommerfield

Numerical Study of Particle Dispersion in the Turbulent Recirculation Zone of a Sudden Expansion Pipe using Stokes Numbers and Mean Drift Parameter

“…The existence of diverse industrial applications that involve the flow with particles through a pipe with a sudden expansion together with the complexity of the flow and the phenomena that take place in it (It combines a region of strong nonequilibrium, the recirculation zone, followed by a region where the flow returns to equilibrium), make this study very interesting and useful. Many researches are available in the literature on this subject: Tashiro and Tomita (1986), Ahmadi and Chen (1998), Founti and Klipfel (1998), Aguinaga et al (2008), Terekhov and Pakhomov (2008), Mergheni et al (2012), Pakhomov and Terekhov (2013) and El-Askary et al (2015). In this review, the study of flow laden with particles through this geometry, has been mostly experimental whereas numerical studies have been developed in a twodimensional domain, and most of them as twoequation turbulence models.…”

Dynamics of Suspended Solids in Downward Turbulent Air Flow Through Sudden Expansion Pipe

“…In Eulerian-Lagrangian models, the turbulent gas flow was governed by Eulerian approach, whereas the particulate flow was governed by the Lagrangian trajectory equations. The Eulerian-Lagrangian approach was used by Mergheni et al [13] and Pakhomov and Terekhov [14]. They found that the model can predict the particle laden flow successfully.…”

Estudio numérico de flujo turbulento cargado con partículas sólidas a través de canales y tuberías de sección variable

“…Sus resultados permitieron establecer regímenes de flujo donde los choques entre partículas pueden modificar la energía cinética turbulenta de las partículas.Aguinaga et al [2008], estudian experimentalmente la dispersión y deposición de gotas en un flujo a través de una expansión súbita, mostrando que la máxima deposición ocurre dentro de la zona de recirculación; en 2008 también fue publicado el trabajo de Terekhov y Pakhomov, quienes desarrollaron un modelo matemático para simular el flujo turbulento multifásico a través de una tubería con expansión súbita axisimétrica, ambas fases fueron tratadas mediante un enfoque Euleriano. Otra de las publicaciones revisadas corresponde aMergheni et al [2012], quienes utilizan un enfoque Euleriano-Lagrangiano para estudiar la dispersión de partículas inmersas en un líquido a través de una tubería con expansión súbita. La simulación es llevada a cabo en un dominio bidimensional, donde resuelven las ecuaciones de conservación de masa y cantidad de movimiento para flujo estacionario, discretizadas mediante el método de los volúmenes finitos, incluyendo el efecto de la turbulencia a través del modelo 𝑘 − 𝜀. Las ecuaciones de las partículas incluyen la fuerza de arrastre y son resueltas usando un esquema de Runge-Kutta de 4° orden; la influencia de las partículas sobre la fase de transporte la incluyen en los términos fuente de las ecuaciones gobernantes.…”