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Mathematical modeling and numerics of particle-laden flows
unresolved CFD-DEM
Roman Kostal
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Mathematik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Mathematik
Betreuer*in
Norbert J. Mauser
DOI
10.25365/thesis.75261
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-28712.38397.968548-8
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Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Das Problem der gleichzeitigen Strömung einer Flüssigkeit und eines körnigen Materials ist für Naturwissenschaftler:innen und Ingenieur:innen gleichermaßen von großem Interesse. In dieser Arbeit beschäftigen wir uns mit der mathematischen Modellierung und Numerik für dieses Problem. Fortschritte in der Computertechnik ermöglichen es, eine große Anzahl von Partikeln mit der so genannten Diskrete-Elemente-Methode (DEM) zu verfolgen, während das Strömungsfeld mit Standardmethoden der numerischen Strömungsmechanik (CFD) gelöst wird. Nach einer kurzen Besprechung verschiedener Ansätze für dieses Problem befassen wir uns ausführlich mit dem so genannten unaufgelösten CFD-DEM-Paradigma, bei dem eine volumengemittelte Version der Navier-Stokes-Gleichungen (VANS) verwendet wird. Wir leiten die VANS-Gleichungen mit Hilfe der von Schwartz eingeführten Verteilungstheorie her und untersuchen dann, wie die VANS-Gleichungen bei der numerischen Lösung mit Partikelberechnungen gekoppelt werden. Schließlich vergleichen wir einige Methoden zur Berechnung des Volumenanteils.
Abstract
(Englisch)
The problem of simultaneous flow of a fluid and a granular material is one of large interest to natural scientists and engineers alike. In this thesis we deal with the mathematical modeling and numerics for this problem. Recent advances in computing allow tracking large numbers of particles in a Lagrangian manner by the so-called discrete element method (DEM), while solving for the fluid flow field by standard methods of computational fluid dynamics (CFD). After briefly discussing various approaches to this problem, we look in detail at the so-called unresolved CFD-DEM paradigm, which employs a volume-averaged version of the Navier-Stokes equations (VANS). We derive the VANS equations by using the theory of distributions as introduced by Schwartz and then examine how the VANS equations are coupled to particle calculations when obtaining a numerical solution. Finally, we compare some methods for calculating the volume fraction.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Strömungsmechanik mathematische Modellierung partikelbeladene Strömungen CFD DEM Volumenanteil
Schlagwörter
(Englisch)
fluid mechanics mathematical modeling particle-laden flows CFD DEM volume fraction
Autor*innen
Roman Kostal
Haupttitel (Englisch)
Mathematical modeling and numerics of particle-laden flows
Hauptuntertitel (Englisch)
unresolved CFD-DEM
Paralleltitel (Deutsch)
Mathematische Modellierung und Numerik partikelbeladener Strömungen
Paralleluntertitel (Deutsch)
ungelöste CFD-DEM
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
vii, 42 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Norbert J. Mauser
AC Nummer
AC17084059
Utheses ID
69449
Studienkennzahl
UA | 066 | 821 | |