Particles deposition on an array of spheres using a hybrid Euler/Lagrange CFD Method - DUMAS - Dépôt Universitaire de Mémoires Après Soutenance
Master Thesis Year : 2009

Particles deposition on an array of spheres using a hybrid Euler/Lagrange CFD Method

Abstract

A numerical method designed for calculation of particles deposition on spheres has been benchmarked. Air flows past singles spheres and linear arrays of eight spheres with various spacing have been solved using an Eulerian CFD-RANS method with RSM turbulence model. Simulations have been performed at Reynolds numbers between 6x103 and 1.2x104. Then particles tracking computations have been conducted using a Lagrangian method. Interactions between particles and turbulent velocity fluctuations have been computed using a stochastic model based on the Langevin equation. The particles Stokes number ranges from 0.03 to 4.5. Numerical results are compared to experimental data. For particles with very low inertia (Stk around 0.03) coherence between the two is not good. However because of the scattering of the data for this range of Stk values the computational method performance can hardly be judged by this comparison. For particles with higher inertia (Stk above 0.3) the coherence between results and data is quite good for close sphere: errors around 10 % only for a spacing of 1.5 diameters between two successive centers. Then the coherence deteriorates when the spacing increases: errors above 30 % for spacing above 2 diameters. This limitation of the numerical approach is probably due to the RANS resolution of the flow and then the lack of accuracy on turbulence intensity resolution. That is why applying the method with DES solved flows is proposed for future research but not tried because of time constrains.
L'évaluation des performances d'une méthode numérique conçue pour calculer le taux de déposition de particules sur des sphères a été réalisée. Dans un premier temps, un flow d'air autour de sphères isolées ou de rangées de huit sphères calculé numériquement à l'aide d'une méthode Eulérienne basée sur des équations RANS-RSM. Le calcul a été réalisé pour plusieurs régimes et le nombre de Reynolds associé aux sphères varie entre 6x103 et 1,2x104. Ensuite, des calculs de suivi Lagrangien de particules ont été conduits. Lors de ces calculs, l'effet des fluctuations turbulentes de vitesse sur les particules a été modélisé à l'aide d'un modèle stochastique basée sur l'équation de Langevin. Le nombre de Stokes associé aux particules injectées varie entre 0.03 et 4.5. Enfin, les résultats numériques ont été confrontés à des résultats d'expériences réalisées dans les mêmes conditions. Pour les particules à faible inertie (Stk autour de 0.03), la cohérence entre résultats de simulation et données d'expériences n'est pas bonne ; cependant, pour d'aussi petites particules, la dispersion des données expérimentale semble être très importante, l'efficacité du modèle peut donc difficilement être jugée sur ces résultats-ci. Pour les particules d'inertie supérieures (Stk entre 0.3 et 2.3), les résultats semblent plus prometteurs. Quand les sphères sont proches les unes des autres la cohérence entre résultats de simulation et données d'expériences est plutôt bonne : à peu près 10 % d'erreur seulement pour un espacement de 1.5 diamètre entre deux centres successifs. Cette cohérence se dégrade avec l'augmentation de l'espacement : l'erreur dépasse les 30 % pour un espacement au-delà de 2 diamètres. Cette limitation du modèle numérique est probablement causée par le calcul RANS qui tend à sous-estimer l'intensité de la turbulence. C'est pourquoi appliquer la même méthode mais avec un calcul DES a été envisagé mais non mis en œuvre par manque de temps.
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Dates and versions

dumas-00512041 , version 1 (27-08-2010)

Identifiers

  • HAL Id : dumas-00512041 , version 1

Cite

Simon Martin. Particles deposition on an array of spheres using a hybrid Euler/Lagrange CFD Method. Fluids mechanics [physics.class-ph]. 2009. ⟨dumas-00512041⟩
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