The Effect of Turbulence and Real Gas Models on the Two Phase Spontaneously Condensing Flows in Nozzle

2013 ◽  
Author(s):  
Yogini Patel ◽  
Giteshkumar Patel ◽  
Teemu Turunen-Saaresti
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Experimental Data ◽  
Nucleation Theory ◽  
Classical Nucleation Theory ◽  
Navier Stokes ◽  
Two Phase ◽  
Real Gas ◽  
Spontaneous Condensation ◽  
Condensing Flows ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd

The aim of the paper is to analyse the effect of turbulence and real gas models on the process of spontaneous condensation in converging diverging (CD) nozzle by using commercial Computational Fluid Dynamics (CFD) code. The calculations were based on the 2-D compressible Navier-Stokes (NS) equations coupled with two-equation turbulence model, and the non-equilibrium spontaneous condensing steam flow was solved on the basis of the classical nucleation theory. The results were validated to the available experimental data.

Two-Phase CFD of Channel Boiling for Boiling Transition Problems

2014 ◽  
Author(s):  
Antonin Povolny ◽  
Martin Cuhra
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Experimental Data ◽  
First Principles ◽  
Flow Behavior ◽  
Three Dimensional ◽  
Two Phase ◽  
General Ability ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd ◽  
Cfd Method ◽  
Traditional Approaches

In order to ensure safety of nuclear installations, thermohydraulics has developed many ways how to predict the behavior of coolant in a heated boiling channel. Accuracy of these predictions can be improved using three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) method, which is based on first principles of fluid mechanics. Even though when using CFD, there is a struggle between the accuracy and low computation costs, in many cases CFD can provide feasible improvement of accuracy compared to more traditional approaches. In this research, the focus is set on channel boiling problems, especially those associated with boiling transitions. The phenomenon of critical heat flux (CHF) is investigated using two-phase CFD computation and is compared to experimental data. There is also comparison with other computation methods. When experiment provides some set of data, CFD calculation provides description of the whole flow behavior that provides significantly more information and is of great value during the design process when it gives the understanding of undergoing effects. Besides CHF, general ability of CFD to predict changes in boiling patterns in two-phase channel boiling flows is discussed.

Two-Phase Eulerian/Lagrangian Model for Nucleating Steam Flow

2002 ◽  
Vol 124 (2) ◽  
pp. 465-475 ◽  
Author(s):  
A. G. Gerber
Keyword(s):  
Three Dimensional ◽  
Low Pressure ◽  
Steam Flow ◽  
Nucleation Theory ◽  
Lagrangian Model ◽  
Classical Nucleation Theory ◽  
Navier Stokes ◽  
Steam Turbines ◽  
Complex Flow ◽  
Two Phase

This paper describes an Eulerian/Lagrangian two-phase model for nucleating steam based on classical nucleation theory. The model provides an approach for including spontaneous homogeneous nucleation within a full Navier-Stokes solution scheme where the interaction between the liquid and gas phases for a pure fluid is through appropriately modeled source terms. The method allows for the straightforward inclusion of droplet heat, mass, and momentum transfer models along with nucleation within complex flow systems as found, for example, in low pressure steam turbines. The present paper describes the solution method, emphasizing that the important features of nucleating steam flow are retained through comparison with well-established 1-D solutions for Laval nozzle flows. Results for a two-dimensional cascade blade and three-dimensional low pressure turbine stage are also described.

scholarly journals Πρόγνωση ατομικής έκθεσης με μοντέλα υπολογιστικής ρευστομηχανικής

2013 ◽  
Author(s):  
Γεώργιος Ευθυμίου
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Urban Setting ◽  
Navier Stokes ◽  
Two Phase ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd ◽  
Reynolds Averaged Navier Stokes

Ένα από τα προβλήματα που έχει άμεση σχέση με την ασφάλεια της ζωής του σύγχρονου ανθρώπου είναι οι εκπομπές επικίνδυνων ουσιών στην ατμόσφαιρα από σημειακές πηγές που προέρχονται κυρίως από ατυχήματα ή εσκεμμένες ενέργειες. Σε πολλές περιπτώσεις οι εκπομπές είναι σύντομες και οι συγκεντρώσεις υψηλές και υπάρχει η ανάγκη εκτίμησης της μέγιστης αναμενόμενης ατομικής έκθεσης σε μικρά χρονικά διαστήματα. Η κλασική μέθοδος που εμφανίζεται στη βιβλιογραφία για την πρόβλεψη της μέγιστης συγκέντρωσης και κατ’ επέκταση της έκθεσης βασίζεται στη χρήση στατιστικών κατανομών. Σύμφωνα με τη μέθοδο αυτή χρησιμοποιείται μία γνωστή κατανομή πυκνότητας πιθανότητας για τη μοντελοποίηση της συγκέντρωσης και εκτιμάται η μέγιστη αναμενόμενη συγκέντρωση/έκθεση χρησιμοποιώντας ένα διάστημα εμπιστοσύνης. Η μέθοδος αυτή εμφανίζει συγκεκριμένες αδυναμίες οι οποίες αναλύονται στην παρούσα διατριβή. Μία εναλλακτική μέθοδος για την πρόβλεψη της μέγιστης ατομικής έκθεσης είναι η χρήση εμπειρικών μοντέλων. Ένα εξελιγμένο εμπειρικό μοντέλο που εμφανίζεται στη βιβλιογραφία συσχετίζει τη μέγιστη αναμενόμενη έκθεση με παραμέτρους όπως το χρονικό διάστημα έκθεσης, τη μέση συγκέντρωση, την ένταση των διακυμάνσεων και την τυρβώδη χρονική κλίμακα αυτοσυσχέτισης της συγκέντρωσης. Το συγκεκριμένο εμπειρικό μοντέλο είναι απλό και ξεπερνά τους περιορισμούς των πιθανολογικών μοντέλων. Ένα βασικό πλεονέκτημα του μοντέλου είναι ότι μπορεί να διευρύνει την ικανότητα των υπολογιστικών μοντέλων πρόβλεψης της ατμοσφαιρικής διασποράς για την εκτίμηση της μέγιστης αναμενόμενης έκθεσης για ένα μεγάλο εύρος χρονικών διαστημάτων. Μία ανασκόπηση των διαθέσιμων υπολογιστικών μοντέλων διασποράς από τη βιβλιογραφία αποδεικνύει ότι τα μοντέλα Υπολογιστικής Ρευστομηχανικής (Computational Fluid Dynamics, CFD) που βασίζονται στη μεθοδολογία RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) είναι ιδανικά για την ενσωμάτωση του εμπειρικού μοντέλου, λόγω της ικανοποιητικής πρόβλεψης της ροής του ανέμου και διασποράς των ρύπων σε σύνθετες διαμορφώσεις όπως τα αστικά περιβάλλοντα. Η ανάγκη αξιόπιστης εκτίμησης των μεταβλητών διασποράς που εμφανίζονται στο εμπειρικό μοντέλο (μέση τιμή, διακύμανση, χρονική κλίμακα της συγκέντρωσης) θέτει νέες προκλήσεις στη μεθοδολογία RANS. Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται μία νέα προσέγγιση CFD-RANS για τη μοντελοποίηση της διασποράς των αέριων εκπομπών από σημειακές πηγές. Το βασικό χαρακτηριστικό της προσέγγισης αυτής είναι η δυνατότητα πρόβλεψης των χρονικών κλιμάκων της συγκέντρωσης σαν συνάρτηση όχι μόνο της υδροδυναμικής χρονικής κλίμακας αλλά και του χρόνου μεταφοράς του ρύπου. Η προσέγγιση αυτή εφαρμόζεται για τον υπολογισμό της χρονικής κλίμακας σκέδασης της διακύμανσης της συγκέντρωσης και της μέγιστης ατομικής έκθεσης σε μικρά χρονικά διαστήματα. Για την εκτίμηση του χρόνου μεταφοράς στα μοντέλα CFD εισάγεται η νέα ‘μέθοδος ραδιενεργούς ανίχνευσης’. Η αξιολόγηση της νέας μεθοδολογίας για την πρόβλεψη της μέγιστης ατομικής έκθεσης αποτελείται από δύο στάδια. Αρχικά το εμπειρικό μοντέλο που επιλέχθηκε αξιολογείται με την εκτεταμένη βάση δεδομένων συγκέντρωσης του πειράματος πεδίου MUST (Mock Urban Setting Test, μέτρια αστική πολυπλοκότητα) που περιλαμβάνει δεδομένα που καλύπτουν όλες τις κλάσεις ατμοσφαιρικής ευστάθειας. Παράλληλα γίνεται εκτίμηση της αβεβαιότητας των παραμέτρων του μοντέλου. Τα αποτελέσματα αυτού του σταδίου ενισχύουν την αξιοπιστία του εμπειρικού μοντέλου. Στη συνέχεια η συνολική μεθοδολογία αξιολογείται πραγματοποιώντας υπολογιστικές προσομοιώσεις επιλεγμένων δοκιμών των πειραμάτων πεδίου MUST και FLADIS (Research on the dispersion of two-phase flashing releases) υπό ουδέτερες ατμοσφαιρικές συνθήκες. Οι νέες προσεγγίσεις CFD-RANS και το εμπειρικό μοντέλο πρόβλεψης της μέγιστης ατομικής έκθεσης ενσωματώνονται στον υπολογιστικό κώδικα ADREA, έναν τρισδιάστατο κώδικα CFD που χρησιμοποιείται για προσομοιώσεις ατμοσφαιρικών ροών και διασποράς σε πολύπλοκες γεωμετρίες. Η επίλυση των εξισώσεων RANS βασίζεται στη μέθοδο πεπερασμένων όγκων. Στην παρούσα διατριβή το κλείσιμο των εξισώσεων επιτυγχάνεται με τη χρήση ενός νέου μοντέλου τύρβης που εμφανίζεται στη βιβλιογραφία, το οποίο θεωρείται αξιόπιστο για προσομοιώσεις όπου απαιτείται η επέκταση του πλέγματος σε ύψη όπου η δύναμη Coriolis δεν είναι αμελητέα. Οι μεταβλητές που αξιολογούνται είναι η μέση τιμή, η τυπική απόκλιση της συγκέντρωσης και η μέγιστη ατομική έκθεση για διάφορα χρονικά διαστήματα. Η αξιολόγηση της νέας μεθοδολογίας πραγματοποιείται με τη χρήση δεικτών αξιολόγησης και διαγραμμάτων διασποράς. Τα αριθμητικά αποτελέσματα δείχνουν συνολικά καλή συμφωνία με τις πειραματικές μετρήσεις σύμφωνα με τα όρια που εμφανίζονται στη βιβλιογραφία για τους δείκτες αξιολόγησης. Επιπλέον τα αποτελέσματα αποδεικνύουν ότι η παρούσα μεθοδολογία είναι σε θέση να αντιμετωπίσει σύνθετα φαινόμενα μεταβατικής διασποράς.

Effects of Over Fire Air on the Combustion and NOx Emission Characteristics of a 600 MW Opposed Swirling Fired Boiler

2012 ◽  
Vol 512-515 ◽  
pp. 2135-2142 ◽  
Author(s):  
Yu Peng Wu ◽  
Zhi Yong Wen ◽  
Yue Liang Shen ◽  
Qing Yan Fang ◽  
Cheng Zhang ◽  
...  
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Experimental Data ◽  
Empirical Method ◽  
Nox Emission ◽  
Emission Characteristics ◽  
Cfd Model ◽  
Nitrogen Release ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd ◽  
Low Nox Emission

A computational fluid dynamics (CFD) model of a 600 MW opposed swirling coal-fired utility boiler has been established. The chemical percolation devolatilization (CPD) model, instead of an empirical method, has been adapted to predict the nitrogen release during the devolatilization. The current CFD model has been validated by comparing the simulated results with the experimental data obtained from the boiler for case study. The validated CFD model is then applied to study the effects of ratio of over fire air (OFA) on the combustion and nitrogen oxides (NOx) emission characteristics. It is found that, with increasing the ratio of OFA, the carbon content in fly ash increases linearly, and the NOx emission reduces largely. The OFA ratio of 30% is optimal for both high burnout of pulverized coal and low NOx emission. The present study provides helpful information for understanding and optimizing the combustion of the studied boiler

scholarly journals Experimental Validation Data for Computational Fluid Dynamics of Forced Convection on a Vertical Flat Plate

2015 ◽  
Vol 138 (1) ◽  
Author(s):  
Jeff R. Harris ◽  
Blake W. Lance ◽  
Barton L. Smith
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Forced Convection ◽  
Vertical Plate ◽  
Navier Stokes ◽  
Validation Dataset ◽  
System Response ◽  
Cfd Validation ◽  
Validation Data ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd

A computational fluid dynamics (CFD) validation dataset for turbulent forced convection on a vertical plate is presented. The design of the apparatus is based on recent validation literature and provides a means to simultaneously measure boundary conditions (BCs) and system response quantities (SRQs). All important inflow quantities for Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS). CFD are also measured. Data are acquired at two heating conditions and cover the range 40,000 < Rex < 300,000, 357 <  Reδ2 < 813, and 0.02 < Gr/Re2 < 0.232.

Development of SIMPLE-Like Algorithms for Incompressible Navier-Stokes Equations in Liquid Processing of Materials

2012 ◽  
Vol 184-185 ◽  
pp. 944-948 ◽  
Author(s):  
Hai Jun Gong ◽  
Yang Liu ◽  
Xue Yi Fan ◽  
Da Ming Xu
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Stokes Equations ◽  
Simple Algorithm ◽  
Navier Stokes ◽  
Incompressible Fluid Flow ◽  
Numerical Accuracy ◽  
Simple Scheme ◽  
Navier Stokes Equations ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd

For a clear and comprehensive opinion on segregated SIMPLE algorithm in the area of computational fluid dynamics (CFD) during liquid processing of materials, the most significant developments on the SIMPLE algorithm and its variants are briefly reviewed. Subsequently, some important advances during last 30 years serving as increasing numerical accuracy, enhancing robustness and improving efficiency for Navier–Stokes (N-S) equations of incompressible fluid flow are summarized. And then a so-called Direct-SIMPLE scheme proposed by the authors of present paper introduced, which is different from SIMPLE-like schemes, no iterative computations are needed to achieve the final pressure and velocity corrections. Based on the facts cited in present paper, it conclude that the SIMPLE algorithm and its variants will continue to evolve aimed at convergence and accuracy of solution by improving and combining various methods with different grid techniques, and all the algorithms mentioned above will enjoy widespread use in the future.

scholarly journals Modelling of working processes of non-contact oil free vacuum pumps by computational fluid dynamics (CFD) methods

2021 ◽  
Vol 2059 (1) ◽  
pp. 012003
Author(s):  
A Burmistrov ◽  
A Raykov ◽  
S Salikeev ◽  
E Kapustin
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Experimental Data ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Mathematical Models ◽  
Cfd Models ◽  
Ansys Cfx ◽  
Sst Turbulence Model ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd ◽  
Dynamic Meshing ◽  
Comparison With Experimental Data

Abstract Numerical mathematical models of non-contact oil free scroll, Roots and screw vacuum pumps are developed. Modelling was carried out with the help of software CFD ANSYS-CFX and program TwinMesh for dynamic meshing. Pumping characteristics of non-contact pumps in viscous flow with the help of SST-turbulence model were calculated for varying rotors profiles, clearances, and rotating speeds. Comparison with experimental data verified adequacy of developed CFD models.

Computational Fluid Dynamics Techniques for Flows in Lapple Cyclone Separator

2005 ◽  
Vol 498-499 ◽  
pp. 179-185
Author(s):  
A.F. Lacerda ◽  
Luiz Gustavo Martins Vieira ◽  
A.M. Nascimento ◽  
S.D. Nascimento ◽  
João Jorge Ribeiro Damasceno ◽  
...  
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Experimental Data ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Turbulent Flow ◽  
Reynolds Stress ◽  
Cyclone Separator ◽  
Two Dimensional ◽  
Stress Components ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd

A two-dimensional fluidynamics model for turbulent flow of gas in cyclones is used to evaluate the importance of the anisotropic of the Reynolds stress components. This study presents consisted in to simulate through computational fluid dynamics (CFD) package the operation of the Lapple cyclone. Yields of velocity obtained starting from a model anisotropic of the Reynolds stress are compared with experimental data of the literature, as form of validating the results obtained through the use of the Computational fluid dynamics (Fluent). The experimental data of the axial and swirl velocities validate numeric results obtained by the model.

Comparison of four types of membrane bioreactor systems in terms of shear stress over the membrane surface using computational fluid dynamics

2013 ◽  
Vol 68 (12) ◽  
pp. 2534-2544 ◽  
Author(s):  
N. Ratkovich ◽  
T. R. Bentzen
Keyword(s):  
Fluid Dynamics ◽  
Computational Fluid Dynamics ◽  
Membrane Fouling ◽  
Two Phase Flow ◽  
Membrane Surface ◽  
Cross Flow ◽  
Membrane Bioreactors ◽  
Phase Flow ◽  
Two Phase ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd

Membrane bioreactors (MBRs) have been used successfully in biological wastewater treatment to solve the perennial problem of effective solids–liquid separation. A common problem with MBR systems is clogging of the modules and fouling of the membrane, resulting in frequent cleaning and replacement, which makes the system less appealing for full-scale applications. It has been widely demonstrated that the filtration performances in MBRs can be greatly improved with a two-phase flow (sludge–air) or higher liquid cross-flow velocities. However, the optimization process of these systems is complex and requires knowledge of the membrane fouling, hydrodynamics and biokinetics. Modern tools such as computational fluid dynamics (CFD) can be used to diagnose and understand the two-phase flow in an MBR. Four cases of different MBR configurations are presented in this work, using CFD as a tool to develop and optimize these systems.

Analysis and Numerical Simulation of no Reacting Swirling Flow by Using URANS Approach

2021 ◽  
Vol 57 ◽  
pp. 67-79
Author(s):  
Merouane Habib ◽  
Senouci Mohammed
Keyword(s):  
Experimental Data ◽  
Numerical Simulation ◽  
Swirling Flow ◽  
Navier Stokes ◽  
Governing Equations ◽  
Simulation Based ◽  
Classical Models ◽  
Recirculation Zones ◽  
Computational Fluid Dynamics Cfd ◽  
Volume Method

In this paper, we investigate the no-reacting swirling flow by using the numerical simulation based to the unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes approach. The numerical simulation was realized by using a computational fluid dynamics CFD code. The governing equations are solved by using the finite volume method with two classical models of turbulence K-epsilon and Shear Stress K-ω. The objective of this paper is therefore to evaluate the performance of the two models in predicting the recirculation zones in a swirled turbulent flow. The current models are validated by comparing the numerical results of the axial, radial and tangential velocities to the experimental data from literature.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document