Please use this persistent identifier to cite or link to this item: doi:10.24405/502
Title: Numerical Investigation of the Influence of Particle-Particle and Particle-Wall Collisions in Turbulent Wall-Bounded Flows at High Mass Loadings
Authors: Alletto, Michael 
Language: en
Subject (DDC): Ingenieurwissenschaften
Subject: Partikelbeladene turbulente Strömungen
Wandrauigkeit
Partikelkollision
Large-Eddy Simulation
Wall Roughness
Particle-Particle Collisions
Issue Date: 2014
Publisher: Universitätsbibliothek der HSU/UniBwH
Document Type: Thesis
Publisher Place: Hamburg
Abstract: 
Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Simulation von turbulenten partikelbeladenen Strömungen bei hoher Massenbeladung. Dabei wird die kontinuierliche Phase mittels des wirbelauflösenden Verfahrens bekannt als Large--Eddy Simulation (LES) und die diskrete Phase durch eine Lagrangesche Betrachtungsweise beschrieben. Hauptaugenmerk wird auf die Kollisionen zwischen den Partikeln und die Kollisionen der Partikel mit rauen Wänden gelegt. Beide Vorgänge sind entscheidend, um die Bewegung der Partikel in wandgebundenen Strömung korrekt wiederzugeben. Um die hier beschriebene Vorgehensweise von der Vielzahl an Methoden abzugrenzen, welche in der Literatur zur Verfügung stehen, um turbulente Strömungen beladen mit festen Partikel zu simulieren, startet die hier vorliegende Arbeit mit einem Literaturüberblick der gängigen Verfahren zur Simulation von Gas--Feststoff--Strömungen. In diesem Überblick wird versucht, den Parameterraum abzugrenzen, in welchen die einzelnen Verfahren gültig sind. Danach werden die Bewegungsgleichungen und die Randbedingungen der kontinuierlichen Phase für das eingesetze Euler--Lagrange--Verfahren beschrieben. Im darauffolgen Kapitel werden die Bewegungsgleichungen für die Partikel und deren Wechselwirkung mit glatten und rauen Wänden behandelt. Ein neues Wandmodel, welches nur einen gängigen Rauigkeitsparameter wie die mittlere Rauigkeit oder die mittlere quadratische Rauigkeit beinhaltet, wird erstmals vorgestellt. Es folgt die Beschreibung der Kopplungsmechanismen zwischen den Phasen und deren algorithmische Umsetzung. Außerdem wird ein neues Agglomerationsmodell vorgestellt, welches für reibungsbehaftete Stöße gültig ist. Allerdings wird dieses nicht im gleichen Umfang wie die Partikel--Partikel--Kollisionen und die Partikel Wand Kollisionen ausgewertet. Grund hierfür ist, dass das Agglomerationsmodell nicht einen zentralen Aspekt dieser Arbeit darstellt. Die numerischen Methoden für die kontinuierliche und die diskrete Phase werden im darauffolgenden Kapitel beschrieben. Der schnelle Algorithmus, um die Kollisionen zwischen den Partikeln möglichst effizient zu behandeln, wird im Detail dargestellt. Damit ist es möglich Kollisionen zwischen den Partikeln mit einem Aufwand zu entdecken, der nur linear mit der Anzahl der Partikel skaliert. Die entstandene Methode wird anhand einer Vielzahl von Testfällen sorgfältig validiert. Die Validierung startet mit zwei turbulenten Kanalströmungen mit unterschiedlichen Reynoldszahlen und einer turbulenten Rohrströmung. Anhand dieser einfachen Testfällen können mögliche Fehlerquellen leichter gefunden werden. Danach wird die Strömung in einem Rohr simuliert, in dem die Schwerkraft senkrecht zur Hauptströmungsrichtung wirkt. Die Ursache einer interessanten Sekundärströmung zweiter Art, die nur indirekt durch die Wirkung der Partikel auf die kontinuierlich Phase entsteht, wird im Detail analysiert. Um die Anwendung der hier beschriebenen Methode auch auf praxisrelevante Strömungen zu demonstrieren, wird die kalte partikelbeladene Strömung in einer Modellbrennkammer und die partikelbeladene Strömung in einem Gaszyklon demonstriert. Die Ergebnisse werden ausführlich diskutiert, mit experimentellen Referenzdaten verglichen und physikalisch interpretiert. Bezüglich der kalten Strömung in dem Brennkammermodel, konnte eine gute Übereinstimmung mit dem Referenzexperiment gefunden werden. Außerdem kann gezeigt werden, dass es möglich ist, in der Konfiguration mit einer hohen Massenbeladung das Verschwinden der zwei Staupunkte auf der Aches, die im Fall der niedrigen Massenbeladung vorhanden sind, korrekt wiederzugeben. Bezüglich der Strömung in einem Gaszyklon, sind noch einige Unterschiede im Kernbereich zwischen Simulation und Experiment vorhanden.
Organization Units (connected with the publication): Mechanik 
DOI: https://doi.org/10.24405/502
URL: http://edoc.sub.uni-hamburg.de/hsu/volltexte/2014/3077/
Advisor: Breuer, Michael  
Referee: Joos, Franz
Grantor: HSU Hamburg
Type of thesis: Doctoral Thesis
Exam date: 2014-05-16
Appears in Collections:Publications of the HSU Researchers

Files in This Item:
File Description SizeFormat
null33.89 MBAdobe PDFView/Open
3077-pdf-diss_abgabe_2.pdf50.57 MBAdobe PDFView/Open
3077-pdf-diss_abgabe_3.pdf53.48 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record

CORE Recommender

Google ScholarTM

Check


Items in openHSU are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.