Утицај смицања на коефицијент отпора мехура при двофазном мехурастом струјању

Abstract

Докторска дисертациjа се бави проучавањем двофазног мехурастог струjања, тj. струjања течне (континуалне) фазе и мехурова ваздуха, коjи представљаjу распршену фазу. Да би били извршени прорачуни ове врсте струjања, потребно jе нумеричким поступком решити систем основних jедначина. У тим jедначинама се налазе чланови коjи описуjу међусобно деjство фаза. Од посебног значаjа jе сила отпора, а за њено рачунање jе потребно знати коефициjент отпора. У досадашњим истраживањима jе по- казано да коефициjент отпора мехура ниjе исти у униформноj струjи флуида и у струjи флуида са градиjентом брзине, тj. показано jе да постоjи утицаj смицања на вредност коефициjента отпора. Да би утицаj био обухваћен предлаже се увођење корекционог члана при рачунању коефициjента отпора. У овоj докторскоj дисертациjи jе показано да постоjећа корекциjа коефициjента отпора може бити коришћена само заjедно са турбу- лентним моделима са зидним функциjама (HRN). Због тога се предлаже нова корекциjа коефициjента отпора коjа има задатак да обухвати утицаj смицања, а истовремено да буде таква да се може користити и са турбулентним моделима без зидних функциjа (LRN). На основу доступних експерименталних резултата предложена jе нова корек- циjа. Да би она била испитана имплементирана jе у софтвер OpenFOAM. Извршене су две групе нумеричких прорачуна. У првоj групи прорачуна ниjе коришћена корекциjа коефициjента отпора, док jе у другоj групи она примењена. Након прорачуна извршено jе поређење експерименталних и нумеричких резултата. Резултати прорачуна коjи су извршени са коришћењем нове корекциjе коефициjента отпора имаjу боље слагање са експерименталним резултатима. Показано jе да се нова корекциjа може успешно ко- ристити са турбулентним моделима без зидних функциjа (LRN), што предстаља њену основну предност.

The PhD thesis deals with the study of two-phase bubble flow, i.e. flow where the liquid is the continuous phase and the air bubbles are the dispersed phase. To perform numerical calculations of this type of flow, it is necessary to numerically solve the system of governing equations. In those equations, there are terms that describe the interaction of phases. The drag force is of particular importance, and for its calculation, it is necessary to know the drag coefficient. Previous research has shown that the drag coefficient of the bubble is not the same in a uniform fluid flow and a fluid flow with a velocity gradient, i.e. there is an influence of shear flow on the drag coefficient. To include this influence, it is suggested to introduce a correction term when calculating the drag coefficient. In this PhD thesis, it was shown that the existing correction can only be used together with high Reynolds number turbulence models. For this reason, a new correction is proposed, which has the task of including the influence of shear flow, and at the same time being such that it can also be used with low Reynolds number turbulence models. Based on the available experimental results, a new correction of the drag coefficient was proposed. To test it, it was implemented in OpenFOAM software. Two groups of numerical calculations were performed. In the first group, the correction was not used, but in the second it was. After the calculations, the experimental and numerical results were compared. The results of the calculations performed using the new drag coefficient correction have a better agreement with the experimental results. It is shown that the new correction can be successfully used with low Reynolds number turbulence models, which represents its main advantage.