Numerical analyses have been made for gas-particle suspension flows in a vertical pipe as well as in a horizontal pipe using a "two-fluid equation" model. The bulk motion of particles is treated as a secondary fluid flow which exchanges mass and momentum with the primary conveying air stream. Governing transport equations were formulated, allowing two-way coupling between continuous fluid and solid phase.
Closure of the equations is achieved by modelling eddy viscosity of the conveying fluid, virtual eddy viscosity and virtual laminar kinematic viscosity of the particulate phase. By incorporating Peskin's crossing trajectory model, it was found that the present model can be applied in broader range of Stokes number up to about order one.
Since the flow characteristics in a horizontal pipe is three dimensional, a numerical algorithm for three dimensional multiphase flow problem has been developed.
The predicted mean flow properties of the two phases in both pipes are in good agreement with experimental data.
고체입자가 부상된 이상난류유동을, 이류체 방정식 (two-fluid equation) 모델을 사용하여, 수직관과 수평관 유동에 대하여 수치해석을 통해 연구하였다. 본 논문의 연구목적은 이상난류유동에서 좀더 일반적으로 적용될 수 있는 난류모델과 삼차원유동까지 해석할 수 있는 수치방식을 개발하는 것이다.
고체입자의 유동을 운반유체와 질량과 운동량을 교환하는 제이유체로 취급하고, 운반유체와 고체입자 사이에 상호작용(two-way coupling)이 일어난다고 가정하고 지배방정식을 세웠다. 이 지배방정식을 풀기 위해서는 제일유체의 과점성계수, 제이유체의 과점성계수와 층류동점성계수를 모델하여야 한다.
제일유체의 과점성계수는 운반유체와 고체입자사이의 상대운동에 의해 발생하는 소멸항을 포함시켜 수정 모델하였다.
고체입자가 크고 무거우면, 난류장내에서 고체입자는 불규칙하게 운동하게 된다. 즉, 고체입자의 주위에 둘러싸인 유체는 운동시에 계속 바뀌게 된다.
따라서, 고체입자의 확산계수를 구할 때 횡단궤도효과(effect of crossing trajectories)를 고려하여 구하였다.
고체입자의 층유동점성계수는 주위의 난류유동장에 의해 좌우된다고 가정하고 모델하였다.
수평관유동에서의 유동특성은 중력효과에 의해 삼차원유동이 되기 때문에 삼차원 이상난류유동에 대한 수치방식(numerical scheme)을 개발하였다.
위 모델을 사용한 평균유동특성의 수치해석 결과는 수직관과 수평관 모두 실험결과와 잘 일치하고 있다.
