[논문 리뷰] A hierarchy of simple hyperbolic two-fluid models for bubbly flows

Florence Drui, Adam Larat외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 07. 27.

Lattice Boltzmann Simulation Studies참고 문헌 63인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 변분 원리와 엔트로피 소산 제약 조건을 통해 두상 유동의 하향 구조적 초등형 두상 모델을 유도하며, 분리상 및 산산상 유동을 통합적으로 모델링할 수 있도록 한다. 주요 기여는 단일분포 기름기름 유동에 대한 호환성과 실험 및 기준 모델과의 음향 분산 비교를 통해 회복 매개변수를 규명한 데 있다.

ABSTRACT

With the objective of modeling both separate and disperse two-phase flows, we use in this paper a methodology for deriving two-fluid models that do not assume any flow topology. This methodology is based on a variational principle and on entropy dissipation requirement. Some of the models that are such derived and studied are already known in the contexts of the description of separate-or disperse-phase flows. However, we here propose an arrangement of these models into a hierarchy based on their links through relaxation parameters. Moreover, the models are shown to be compatible with the description of a monodisperse bubbly flow and, within this frame, the relaxation parameters can be identified. This identification is finally verified and discussed through comparisons with experimental measures of sound dispersion and with dispersion relations of a reference model for bubbly media.

연구 동기 및 목표

• 경계면 구조를 가정하지 않고도 분리상 및 산산상 이상류를 모두 통합적으로 모델링할 수 있는 프레임워크를 개발하기 위해.
• 변분 원리와 엔트로피 소산 요구 조건을 사용하여 다섯 개의 방정식을 가진 초등형 두상 모델을 유도하기 위해.
• 회복 매개변수를 통해 연결된 모델의 계층을 수립하여 분리상 및 산산상 기술 간 전환을 가능하게 하기 위해.
• 단일분포 기름기름 유동과의 호환성 및 레일리-플레시티 방정식을 통해 회복 매개변수를 물리적으로 규명하기 위해.
• 실험 데이터 및 기준 기름기름 유동 모델과의 비교를 통한 음향 분산 분 析를 통해 모델을 검증하기 위해.

제안 방법

• 보존적 구조를 보장하기 위해 최소 작용 원리를 사용하여 다섯 개의 방정식을 가진 비압축성 두상 모델을 유도하기 위해.
• 열역학적 일관성을 확보하기 위해 엔트로피 예산을 도입하여 소산 효과를 포함하기 위해.
• 즉각적인 기계적 평형을 가정함으로써 부모 모델에서 두 개의 하위 모델을 추출하여 기존의 분리상 모델과 연결하기 위해.
• 모델을 단일분포 기름기름 유동 역학과 일치시켜 매개변수를 규명하고, 이를 미세 관성 및 미세 점성계수와 연결하기 위해.
• 각 모델의 음향 영역을 분산 관계를 사용하여 분석하여 실험 데이터 및 드류의 기준 모델과 비교하기 위해.
• 예측된 음향 분산을 실험 측정치 및 기준 모델의 분산 관계와 비교함으로써 매개변수 추정치를 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 경계면 구조를 가정하지 않고도 분리상 및 산산상 유동을 모두 기술할 수 있는 단일 초등형 두상 모델을 어떻게 유도할 수 있는가?
• RQ2 유도된 다섯 개의 방정식 모델과 기존의 분리상 모델 간의 수학적·물리적 연결 고리는 무엇인가?
• RQ3 단일분포 기름기름 유동 가정을 통해 두상 모델의 회복 매개변수를 어떻게 물리적으로 규명할 수 있는가?
• RQ4 모델의 음향 분산 특성이 실험 데이터 및 드류의 기준 모델과 어느 정도 일치하는가?
• RQ5 다른 매개변수 추정치는 이중상 유동에서 감쇠 및 파동 전파에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 다섯 개의 방정식을 가진 두상 모델은 초등형이며, 회복 매개변수를 통해 분리상 및 산산상 흐름 기술 간 호환성이 있다.
• 즉각적인 기계적 평형 가정 하에서 기존의 분리상 모델로 축소되며, 공식적인 계층을 확립한다.
• 단일분포 기름기름 기름기름 유동과의 일치를 통해 레일리-플레시티 방정식을 활용하여 회복 매개변수를 미세 관성 및 미세 점성계수로 규명한다.
• 모델의 음향 분산 관계는 기름기름 유동에서의 음향 분산 실험 데이터와 양호한 일치를 보인다.
• 수행된 매개변수 추정치는 히우레틱적 또는 무한한 회복 가정에 비해 감쇠 표현을 크게 향상시킨다.
• 드류의 기준 모델과의 비교를 통해 계층의 일관성과 음향 영역에서의 예측 능력을 확인한다.