×
马苏德·雷扎瓦德;丹尼尔·温克勒;约翰内斯·萨普;劳伦特·塞勒;迈斯特，迈克尔;沃尔夫冈·劳赫

厌氧消化中混合和生化反应一体化的完全拉格朗日计算模型。 （英语） Zbl 1410.76376号

计算。流体 181, 224-235 (2019).
摘要：混合对生化反应的影响在厌氧消化（AD）中非常重要。本文提出了一种新的二维全拉格朗日计算模型，用于AD中混合和生化反应的集成。混合诱导流体流动采用光滑粒子流体动力学（SPH）建模。计算域由SPH粒子离散，每个粒子携带生物活性化合物的信息并跟随流场。以这种自然方式再现了平流，这是SPH解决此类问题的主要优势。一个控制生化反应的数学模型被整合到每个粒子的时间上，从而可以在空间上解析生物浓度。粒子之间的传质相互作用通过扩散方程再现，从而将混合直接与生化反应联系起来。总沼气产量是通过整合所有颗粒获得的。SPH和生化模型均根据文献中的现有数据进行验证，然后将集成模型应用于实际厌氧消化器。一种新颖的完全拉格朗日方法在AD中的应用是未来可能发展的垫脚石。然而，在此类问题的模拟中，与其他主流方法相比，SPH仍然没有竞争力，模型的工业应用取决于未来SPH求解器的计算效率。

引用于4文件

理学硕士：

76米28 粒子法和晶格气体法
65亿75 涉及偏微分方程的初值和初边值问题的概率方法、粒子方法等
92C45型 生化问题中的动力学（药代动力学、酶动力学等）

关键词：

厌氧消化;沼气生产;扩散，扩散;数学模型;过程动力学;SPH公司

软件：

gpu酶;球体
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
\textit{M.Rezavand}等人，计算。液体181，224--235（2019；Zbl 1410.76376）
全文： 内政部
OA许可证

参考文献：

[1] 上诉法院。；劳尔斯，J。；Degreve，J。；Helsen，L。；留置权，B。；Willems，K.，《全球生物能源生产中的厌氧消化：潜力和研究挑战》，《可再生可持续能源评论》，第15、9、4295-4301页（2011年）
[2] Angelidaki，I。；Ellegaard，L。；Ahring，B.K.，《复杂底物厌氧消化动态模拟的数学模型：以氨抑制为重点》，生物技术生物工程，42，2，159-166（1993）
[3] Keshtkar，A。；Meyssami，B。；Abolhamd，G。；加福里安，H。；Asadi，M.K.，牛粪厌氧消化非理想混合连续流反应器的数学模型，生物资源技术，87，1，113-124（2003）
[4] Batstone，D。；Keller，J。；Angelidaki，I。；Kalyuzhnyi，S。；Pavlostathis，S。；Rozzi，A.，IWA厌氧消化模型1（ADM1），水科学技术，45，10，65-73（2002）
[5] 弗霍夫，F.H。；Tenney，M.W。；Echelberger，W.F.，厌氧消化中的混合，生物技术生物工程，16，6677-770（1974）
[6] 蒙特斯，H.D。；Stephenson，J.P.，通过示踪法在全规模厌氧消化池中的混合效率，联邦水污染控制杂志，53，1，78-84（1981）
[7] 卡里姆，K。；Klasson，K.T。；霍夫曼，R。；Drescher，S.R。；DePaoli，D.W。；Al-Dahhan，M.，《动物粪便的厌氧消化：混合的影响》，《生物资源技术》，96，14，1607-1612（2005）
[8] 卡里姆，K。；瓦尔马，R。；维斯维克，M。；Al-Dahhan，M.，模拟消化池的流型可视化，水资源研究，38，17，3659-3670（2004）
[9] Wu，B.，利用CFD表征、设计和优化生物能源系统的进展，Comput Electron Agric，93，补充C，195-208（2013）
[10] 维斯维克，M.S。；Al-Dahhan，M.，使用CFD模拟厌氧消化池中的流型可视化，生物技术生物工程，89，6，719-732（2005）
[11] Wu，B.，蛋形厌氧消化器中混合的CFD模拟，Water Res，44，5，1507-1519（2010）
[12] Bridgeman，J.，厌氧消化器中污水污泥混合的计算流体动力学建模，Adv Eng Softw，44，1，54-62（2012）
[13] Terashima，M。；Goel，R。；小松，K。；Yasui，H。；高桥，H。；Li，Y.，厌氧消化池中混合的CFD模拟，生物资源技术，100,72228-2233（2009）
[14] 梅罗尼，R.N。；科罗拉多，P.，《厌氧消化池中机械尾水管混合的CFD模拟》，《水资源研究》，43，4，1040-1050（2009）
[15] 库特里，A。；博尔曼，D。；Sleigh，P.，湍流模型对预测台式厌氧气升式消化池流动特性的影响，生物资源技术，138，增补C，297-306（2013）
[16] Hurtado，F。；Kaiser，A。；Zamora，B.，废水消化技术优化用连续搅拌槽式反应器的流体动力学分析，《水资源研究》，71，附录C，282-293（2015）
[17] Zhang，Y。；Yu，G。；Yu，L。；Siddhu，M.A.H。；高，M。；Abdeltawab，A.A.，《厌氧单消化和共消化混合模式和功耗的计算流体动力学研究》，《生物资源技术》，203年，附录C，166-172（2016）
[18] Dapelo，D。；Bridgeman，J.，使用CFD评估全尺寸生物气混合厌氧消化的混合质量，生物资源技术，265480-489（2018）
[19] Dapelo，D。；Alberini，F。；Bridgeman，J.，Euler-Lagrange厌氧消化中无限制气体混合的CFD建模，《水资源研究》，85，附录C，497-511（2015）
[20] 吴，B。；Chen，Z.，厌氧泻湖的综合物理和生物模型，生物资源技术，102，8，5032-5038（2011）
[21] Wu，B.，厌氧甲烷发酵中混合、传热和生化反应动力学的集成，生物技术生物工程，109，11，2864-2874（2012）
[22] Benson，D.A。；阿基诺，T。；靠垫，D。；恩格达尔，N。；亨利·C·V。；Fernández-Garcia，D.，欧拉和拉格朗日输运和非线性反应算法的比较，Adv Water Resour，99，15-37（2017）
[23] 梅斯特，M。；温克勒，D。；Rezavand，M。；Rauch，W.，《使用平滑粒子流体动力学在废水处理建模中集成流体动力学和生物动力学》，《计算化学工程》，99，附录C，1-12（2017）
[24] Dapelo，D。；右主干。；Krause，M.J。；Bridgeman，J.，《厌氧消化中无侧限气体混合的Lattice Boltzmann建模》，Comput Fluids，180，11-21（2019）·Zbl 1410.76348号
[25] 沙德鲁，M。；奥格，G。；Touzé，D.L.，流体流动的光滑粒子流体动力学方法，面向工业应用：动机、现状和挑战，Comput Fluids，136，补充C，11-34（2016）·Zbl 1390.76764号
[26] H.Gotoh。；Khayyer，A.，基于投影的粒子方法在海洋工程中应用的当前成就和未来展望，《海洋工程与海洋能源杂志》，2，3，251-278（2016）
[27] Colagrossi，A。；Landrini，M.，用光滑粒子流体动力学对界面流动进行数值模拟，《计算物理杂志》，191,2448-475（2003）·Zbl 1028.76039号
[28] 胡晓云。；Adams，N.A.，《宏观和介观流动的多相SPH方法》，《计算物理杂志》，213,2844-861（2006）·Zbl 1136.76419号
[29] Rezavand，M。；Taeibi-Rahni，M。；Rauch，W.，《复杂界面和高密度比多相流数值模拟的ISPH方案》，《计算数学应用》，75，8，2658-2677（2018）·Zbl 1415.76511号
[30] 张，C。；胡，X。；Adams，N.A.，基于低耗散黎曼解算器的弱可压缩SPH方法，《计算物理杂志》，335605-620（2017）·Zbl 1375.76155号
[31] Rezavand，M。；温克勒，D。；Rauch，W.，厌氧消化中混合、传热和生化反应集成的基于SPH的全耦合计算模型，第13届SPHERIC研讨会论文集，爱尔兰戈尔韦，371-378（2018）
[32] Monaghan，J.J.，《平滑粒子流体力学》，《物理学报》，第68期，第8期，第1703-1759页（2005年）
[33] Wendland，H.，分段多项式，最小次正定紧支集径向函数，高级计算数学，4，1，389-396（1995）·Zbl 0838.41014号
[34] 阿达米，S。；胡，X。；Adams，N.，《光滑粒子流体动力学的广义壁面边界条件》，《计算物理杂志》，第231、21、7057-7075页（2012年）
[35] 梅森，P.M。；Stuckey，D.C.，《生物膜、气泡和边界层——理解厌氧消化和反刍动物消化中纤维素分解的新方法》，《水资源研究》，104，附录C，93-100（2016）
[36] 朱，Y。；Fox，P.J.，《多孔介质扩散的平滑粒子流体动力学模型》，《Transp porous Med》，43，3，441-471（2001）
[37] 亚里士多德·F。；费德里科，I。；维尔特里，P。；Panizzo，A.，平流扩散过程的双相SPH建模，环境流体力学，10，4，451-470（2010）
[38] Parker，W.J.，ADM1模型在高级厌氧消化中的应用，生物资源技术，96，16，1832-1842（2005）
[39] 温克勒，D。；梅斯特，M。；Rezavand，M。；Rauch，W.，gpuSHASE——一种使用CUDA的2D SPH共享内存缓存实现，Comput Phys Commun，213，补充C，165-180（2017）·Zbl 1376.76054号
[40] Mayoral-Villa，E。；阿尔瓦拉多·罗德里格斯，C.E。；克拉普，J。；戈梅斯·盖斯特拉，M。；Sigalotti，L.D.G.，《光滑粒子流体动力学：放射性核素在密闭水系统中迁移的应用》，《Contam Hydrol杂志》，187，补充C，65-78（2016）
[41] Crank，J.，《扩散数学》（1979），牛津大学出版社·Zbl 0427.35035号
[42] Monaghan，J.J.，SPH的时间步进算法，第一届SPHERIC研讨会论文集，意大利罗马，1-13（2006）
[43] Verlet，L.，经典流体的计算机“实验”。I.Lennard-Jones分子的热力学性质，《物理评论》，159，98-103（1967）
[44] Fatehi，R。；Manzari，M.，平滑粒子流体动力学中的误差估计和二阶导数的新方案，计算数学应用，61，2，482-498（2011）·Zbl 1211.76089号
[45] R.I.Mackie。；Bryant，M.P.，《中温和高温下牛粪便的厌氧消化》，《应用微生物生物学》，43，2，346-350（1995）
[46] 梅斯特，M。；Rezavand，M。；埃布纳，C。；Pümpel，T。；Rauch，W.，《通过叶轮和泵送再循环在厌氧消化池中混合非牛顿流体》，Adv Eng Softw（2017）
[47] Sigalotti，L.D.G。；克拉普，J。；西拉，E。；梅勒安，Y。；Hasmy，A.，低雷诺数时变Poiseuille流的SPH模拟，《计算物理杂志》，191，2，622-638（2003）·Zbl 1134.76423号
[48] 塞利克，I.B。；Ghia，美国。；Roache，P.J.，《CFD应用中离散化导致的不确定性估算和报告程序》，ASME流体工程杂志，130，7（2008）
[49] Alimirzazadeh，S。；Jahanbakhsh，E。；Maertens，A。；勒吉扎蒙，S。；Avellan，F.，GPU加速三维有限体积粒子方法，计算流体，171，79-93（2018）·Zbl 1410.65337号
[50] 温克勒，D。；Rezavand，M。；Rauch，W.，GPU上平滑粒子流体动力学的邻域列表，计算物理通讯，225，140-148（2018）
[51] 拉蒂夫，文学硕士。；梅塔，C.M。；Batstone，D.J.，《低pH值对废活性污泥连续厌氧消化的影响》，《水资源研究》，113，附录C，42-49（2017）
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配，可能包含数据转换错误。在某些情况下，zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献，而不要求完整或完全匹配。