WIAS Preprint No. 1917, (2014)

Numerical simulations and measurements of a droplet size distribution in a turbulent vortex street



Authors

  • Schmeyer, Ellen
  • Bordás, Robert
  • Thévenin, Dominique
  • John, Volker
    ORCID: 0000-0002-2711-4409

2010 Mathematics Subject Classification

  • 76F65 76T10

Keywords

  • two-phase turbulent vortex street, disperse droplet population, non-intrusive measurements, population balance systmes, direct discretizations

Abstract

A turbulent vortex street in an air flow interacting with a disperse droplet population is investigated in a wind tunnel. Non-intrusive measurement techniques are used to obtain data for the air velocity and the droplet velocity. The process is modeled with a population balance system consisting of the incompressible Navier--Stokes equations and a population balance equation for the droplet size distribution. Numerical simulations are performed that rely on a variational multiscale method for turbulent flows, a direct discretization of the differential operator of the population balance equation, and a modern technique for the evaluation of the coalescence integrals. After having calibrated two unknown model parameters, a very good agreement of the experimental and numerical results can be observed.

Eine turbulente Wirbelstraße in einer Luftströmung mit einer dispergierten Tröpfchenpopulation wird in einem Windkanal untersucht. Nichtintrusive Messtechniken werden verwendet, um Daten bezüglich der Luft-- und Tröpfchengeschwindigkeiten zu gewinnen. Der zu Grunde liegende Prozess wird mit einem Populationsbilanzsystem modelliert, welches aus den inkompressiblen Navier--Stokes--Gleichungen und einer Populationsbilanzgleichung für die Tröpfchenverteilungsdichte besteht. Numerische Simulationen werden durchgeführt, welche ein variationelle Mehrskalenmethode für turbulente Strömungen, eine direkte Diskretisierung des Differentialoperators der Populationsbilanzgleichung und ein modernes Verfahren zur Berechnung der Koaleszensintegrale verwenden. Nachdem zwei unbekannte Modellparameter kalibriert worden sind, kann eine sehr gute Übereinstimmung der experimentellen und numerischen Ergebnisse beobachtet werden.

Appeared in

  • Meteorol. Z., 23 (2014) pp. 387--396.

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