An implicit pressure-correction (simple) based finite-volume/front-tracking method for computations of multiphase flows in complex geometries

Abstract

Gaz-sıvı ve sıvı-sıvı faz akışları bir cok makroskopik sistemde gürülmektedir. Mikros ş ousistemlerdeki şok fazlı akışları incelerken, ayrık fazlardaki damla büyüklükleri, ayrık fazınc s uu usürekli faza güre olan rülatif hızı ve mikro kanallardaki basınş düşuşu en basit konï¬gürasyondau o o c us ü s ü ubile karşılaşılan problemlerdir.ss Bu calışmada, cok fazlı akışkan sistemlerinin kompleksşs ş sgeometrilerde modellemesi işin Sonlu Hacim/Arayüz izleme metodu geliştirilmiştir. Buc u s syüntemde, cok fazlı sistem, farklı malzeme üzelliklerine sahip tek bir faz olarak model-o ş olenmiştir. Sonlu Hacim/Arayüz izleme metodu SIMPLE algoritması ustünde temellendirilmişs u üu solup Arayüz izleme yüntemi ile birleştirilmiştir. Arayüz, birbirine bağlı Lagrange nokta-u o s s u gları ile temsil edilmiştir. Bu noktaların yerlerini belirlemek işin iyi calışan bir tür izleme algo-s c şs uritması kullanılmıştır. Yeni geliştirilen bu metod, iki boyutlu ve aksisimetrik düzlemlerdekis s ucift fazlı akışkan problemlerini cüzmek işin implement edilmiştir. Bu calışmada, üncelikle,ş s şo c s şs otanecik izleme algoritması test edilmiş olup yeni Sonlu Hacim/Arayüz izleme metodu yerşekimis u cetkisinde düşen bir damla işin test edilmiştir. Son olarak yeni geliştirilen Sonlu Hacim/Arayüzus c s s uizleme metodu, aksisimetrik düzlemde gaz fazı ile Newtonian sıvının yer değiştirdiği duru-u gs gmun incelenmesinde kullanılmıştır.sAnahtar kelimeler: Sonlu Hacim/Arayüz izleme metodu, SIMPLE algoritması, ayrıkucok fazlı akışkanlar, kompleks geometriler, ï¬lm kaplamasış sv

Flows of gas-liquid or liquid-liquid mixed phases are familiar from many macroscopicsystems. When discussing the multiphase ï¬ows in micro systems, there are likewise a myr-iad of questions arising in even simple conï¬gurations such as determination of the size ofdroplets of the dispersed phase, the speed at which the dispersed phase moves relative tothe continuous phase and additional pressure drop in micro-channels due to presence ofsecondary phase. In this thesis, a ï¬nite-volume/front-tracking (FV/FT) method is devel-oped for computations of multiphase ï¬ows in complex geometries as a toolbox to be usedin designing and analysis of microï¬uidics systems. The method is based on the one ï¬eldformulation of the ï¬ow equations and treating diï¬erent phases as single ï¬uid with vari-able material properties. The FV method is based on the SIMPLE algorithm on colocatedbody-ï¬tted grids and is combined with the FT methodology. The interface is representedby connected Lagrangian marker points. A novel tracking algorithm is utilized to trackthe positions of front marker points in curvilinear grids and is found to be very robust andcomputationally eï¬cient. The method is implemented to solve two-dimensional (plane oraxisymmetric) dispersed multiphase ï¬ows. First, the particle tracking algorithm is testedand then the new FV/FT method is validated for the bouyancy-driven falling drop testcase. Finally, the new method is used to compute the axisymmetric case of a gas phasedisplacing a Newtonean ï¬uid.Keywords: A ï¬nite-volume/front-tracking method, SIMPLE algorithm, dispersed mul-tiphase ï¬ows, complex geometries, ï¬lm depositioniv