Tesis doctoral de Hao Zhang
Esta tesis se centra en la investigación numérica de sistemas partícula-líquido basado en la técnica discrete element method (dem). La tesis consta de tres partes, en cada una de las cuales se ha acoplado el método dem con diferentes esquemas/solucionadores en la fase fluida. En la primera parte, hemos acoplado los métodos dem con direct numerical simulation (dns) para estudiar casos de «particle-laden turbulent flow». Se investigó numéricamente el efecto de las colisiones en el comportamiento de las partículas en el flujo turbulento completamente desarrollado en un conducto cuadrado recto. Tres tamaños de partículas se consideraron con diámetros de 50, 100 y 500 micrometros. En primer lugar, el transporte de partículas por el flujo turbulento se estudió en la ausencia del efecto gravitacional. Entonces, la deposición de partículas se estudió bajo el efecto de la fuerza de gravedad normal a la pared, en el que se discutieron la influencia de la tasa de colisiones en re-suspensión de las partículas y la fase final de la distribución de partículas en el suelo del conducto, respectivamente. En la segunda parte, se ha acoplado los métodos dem con lattice boltzmann method (lbm) para estudiar la sedimentación de partículas en flujo laminar newtoniano. Un nuevo metodo combinado lbm-ibm-dem se presentó y ha sido aplicado para modelar la sedimentación de dos partículas circulares bi-dimensionales en flujos newtonianos incompresibles. Se estudiaron casos de sedimentación en una cavidad de una sola esfera, y sedimentación de dos partículas en un canal, las características de la velocidad de la partícula durante la sedimentación y cerca de la base fueron también examinados. En el último caso, un ejemplo numérico de sedimentación de 504 partículas fue finalmente presentado para demostrar la capacidad del método combinado. Además, se ha presentado un método «particulate immersed boundary method» (pibm) para la simulación de flujos multifásicos partícula-fluido y ha sido evaluado en dos y tres dimensiones. En comparación con el método ibm convencional, se puede esperar con el mismo número de partículas y de malla un speedup docenas de veces superior en la simulación bidimensional y cientos de veces en la simulación en tres dimensiones. Se llevaron a cabo simulaciones numéricas de la sedimentación de partículas en los flujos newtonianos basados en una combinación lbm – pibm – dem, mostrando que el pibm podría capturar las características de los flujos de partículas en el líquido y fue en efecto un esquema prometedor para la solución de problemas de interacción fluido-partícula. En la última parte, se ha acoplado el método dem con las ecuaciones promediadas de navier-stokes (ns) para estudiar el transporte de partículas y el proceso de desgaste en la pared de una tubería. Se utilizó un caso de transporte neumático para demostrar la capacidad del modelo acoplado. Entonces se simuló el proceso de bombeo de hormigón, de donde se obtuvo la presión hidráulica y la distribución de la velocidad de la fase fluida. Se monitoreó la frecuencia de impacto de las partículas en la tubería doblada, se propuso un nuevo modelo de intensidad de colisión promediado en tiempo para investigar el proceso de desgaste del codo basado en la fuerza de impacto. Se predijo la ubicación del daño máximo desgaste por erosión en el codo. Además, se examinaron las influencias de la velocidad de pulpa, la orientación y el ángulo de curvatura del codo en la ubicación del punto de punción.
Datos académicos de la tesis doctoral «Numerical investigation of particle-fluid interaction system based on discrete element method«
- Título de la tesis: Numerical investigation of particle-fluid interaction system based on discrete element method
- Autor: Hao Zhang
- Universidad: Politécnica de catalunya
- Fecha de lectura de la tesis: 28/11/2014
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Assensi Oliva Llena
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Antonio Lecuona neumann
- carles david Pérez segarra (vocal)
- (vocal)
- (vocal)