Mini kanallarda iki fazlı akışın nümerik metotlarla modellenmesi ve değerlendirilmesi

Abstract

MİNİ KANALLARDA İKİ FAZLI AKIŞIN NÜMERİKMETOTLARLA MODELLENMESİ VE DEĞERLENDİRİLMESİFurkan ÖZKANÖZETAnahtar Kelimeler: Mikro Proses Mühendisliği; Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği;Hava Kabarcığı Dizisi; Modelleme; İki Fazlı Akışlar; Serbest Yüzey Simülasyonları(VOF)Gaz-sıvı veya sıvı-sıvı akışkanlarının deformasyon yüzeylerinin dinamikdeğişimlerini detaylı bir şekilde tanımlayan Hesaplamalı Akışkan Dinamiği(HAD)yazılımları, kompakt sistem kavramı altında dar kanallardaki çok akışkanlı akışınözelliklerini araştıran önemli bir araç olabilir. Bu akış tipleri için bilinen HADyazılımlarının performanslarını araştırmak için, bu çalışmada dikey bir kare minikanalın içinde aynı yönlü hava kabarcığı dizisi akışı için bir sayısal uygulamagerçekleştirilmiştir. Hesaplamalar ?akışkan hacmi? (VOF) tabanlıdır. VOFmetodunda likidin hacimsel kesri için hareket denklemi ya yüzeyin geometrikyapılandırma (geometrical reconstruction) metodu yoluyla ya da onun yerine yüksekdereceli fark şemaları metotları (higher order difference schemes) kullanılarakçözülür. Yazılım karşılaştırmalarında FLUENT, ANSYS-CFX ve STAR -CD ticariprogramlar olarak ve ticari olmayan TURBIT-VOF kullanılmıştır. Sonuçlar iki anadurumda sunulmuştur. İlkinde akış sadece kaldırma kuvveti etkisindeyken, ikincidurumda akış harici bir basınç gradyanın etkisiyle oluşan ek bir kuvvet tesirindedir.Yazılımların karşılaştırılmasının sonuçlarında VOF metodu için şu söylenebilir; (ara)yüzey yenilenme ile VOF metodu fiziksel olarak tutarlı ve kusursuz sonuçlaraönderlik ederken, bunun yanında hacim kesir eşitliği için kullanılan fark şemalarıbazı farklılıkları gösterir.

NUMERICAL MODELING AND EVALUATION of TWO PHASEFLOW IN MINI-CHANNELSFurkan ÖZKANSUMMARYKey Words: Micro process engineering; code-to-code comparison; volume-of-fluidmethod; Modeling, bubble-train flow; Taylor flow; square channelComputational fluid dynamics codes that are able to describe in detail the dynamicevolution of the deformable interface in gas-liquid or liquid-liquid flows may be avaluable tool to explore the potential of multi-fluid flow in narrow channels forprocess intensification. In the present paper a computational exercise for co-currentbubble-train flow in a square vertical mini-channel is performed to investigate theperformance of well-known CFD codes for this type of flows. The computations arebased on the volume-of-fluid method where the transport equation for the liquidvolumetric fraction is solved either by methods involving a geometricalreconstruction of the interface, or by methods that use higher order differenceschemes instead. The codes contributing to the present code-to-code comparison arean in-house code and the commercial CFD packages CFX, FLUENT and STAR-CD.Results are presented for two basic cases. In the first one, the flow is driven bybuoyancy only, while in the second case the flow is additionally forced by anexternal pressure gradient. The results of the code-to-code comparison show thatonly the volume-of-fluid method with interface reconstruction leads to physicallysound and consistent results whereas the use of difference schemes for the volumefraction equation shows some deficiencies.