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空间非均匀系统中粒子凝聚的布居平衡蒙特卡罗方法。 (英语) Zbl 1365.76270号

摘要:在许多自然和工程系统中,多相场在空间上是不均匀的,并且粒子群体的复杂动态过程,例如粒子之间的凝聚,以场相关的速率发生,因此深入了解粒子尺寸分布(PSD)的时空演变是非常有用的。传统的人口平衡模型(PBM)通常用于模拟空间上均匀的动态过程,只获得PSD的时间演化。在本文中,我们提出了一种预测PSD时空演化的算法,该算法考虑了粒子数和流体力学的相互耦合。PBM的微分加权蒙特卡罗方法用于模拟每个网格中被认为是空间均匀的粒子的凝聚行为,流体和粒子向空间非均匀的相邻网格的传输行为由多相流的一般守恒方程描述。模拟策略基于选择一个时间步长,在该时间步长内,流体传输、粒子传输和粒子动力学被解耦,然后分别进行模拟。选择了运动与周围流体无关的粗大惯量粒子的极限情况,验证了粒子密度时空演化的布居平衡蒙特卡罗(PBMC)方法。与直接数值模拟(DNS)相比,计算时间减少了10倍,对时空粒度分布的预测更加接近。

MSC公司:

76米28 粒子法和晶格气体法
65二氧化碳 蒙特卡罗方法
76T99型 多相多组分流动
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全文: 内政部

参考文献:

[1] 拉姆克里希纳(D.Ramkrishna)。;马奥尼,A.W.,《人口平衡建模》。《对未来的承诺》,化学工程科学,57,4,595-606(2002)
[2] Gerstlauer,A。;加恩,C。;周,H。;罗尔斯,M。;Schreiber,M.,《人口平衡在化学工业中的应用——现状和未来需求》,化学工程科学,61,1,205-217(2006)
[3] 基兰德,J。;Blomström,S。;Rasmuson,A.,使用PIV和图像分析研究搅拌方形槽中絮体尺寸分布的时空演变,化学工程科学,61,23,7651-7667(2006)
[4] Wang,L.P。;韦克斯勒,A.S。;周瑜,惯性粒子湍流碰撞的统计力学描述和建模,流体力学杂志,415117-153(2000)·Zbl 0964.76086号
[5] Friedlander,S.K.,《烟尘和烟雾:气溶胶动力学基础》(2000),牛津大学出版社
[6] Johannessen,T。;Pratsinis,S.E。;Livbjerg,H.,氧化铝颗粒火焰合成的计算流体-颗粒动力学,化学工程科学,55,1,177-191(2000)
[7] 祖卡,A。;马尔基西奥,D.L。;瓦尼,M。;Barresi,A.A.,《纳米过程模拟中双变量DQMOM的验证》,AIChE J,53,4,918-931(2007)
[8] 穆伦韦格,H。;Gutsch,A。;Schild,A。;Pratsinis,S.E.,《通过人口平衡进行气体-颗粒合成的过程模拟:三种模型的研究》,化学工程科学,57,12,2305-2322(2002)
[9] Vikhansky,A。;Kraft,M.,使用CFD-种群平衡组合方法对RDC建模,化学工程科学,59,13,2597-2606(2004)
[10] Kruis,F.E。;魏杰。;范德兹瓦格,T。;Haep,S.,《基于计算流体动力学的随机气溶胶建模:基于细胞的加权随机游走方法和用于气溶胶动力学的常数Monte-Carlo方法的组合》,化学工程科学,70,109-120(2012)
[13] 斯基利亚斯,G。;贝克尔,C。;Muhlenweg,H。;Behnisch,J.,《炭黑反应器中颗粒物的模拟》,《纳米零件研究杂志》,7,1,15-27(2005)
[14] 塞图姆巴,N。;Garrick,S.C.,《纳米颗粒凝聚力矩法中扩散传输的比较》,《气溶胶科学杂志》,35,1,93-101(2004)
[15] Kalani,A。;Christofides,P.D.,空间非均匀气溶胶过程的非线性控制,化学工程科学,54,13-14,2669-2678(1999)
[16] Kalani,A。;Christofides,P.D.,同时反应、成核、冷凝和凝结的气溶胶过程中粒径分布的模拟、估计和控制,计算机化学工程,26,7-8,1153-1169(2002)
[17] Kazakov,A。;Frenklach,M.,《煤烟颗粒凝聚和聚集的动态建模:矩量法的实现及其在高压层流预混火焰中的应用》,Combust Flame,114,3-4,484-501(1998)
[18] 巴尔塔萨尔,M。;毛斯,F。;Knobel,A。;Kraft,M.,部分搅拌推流式反应器中烟尘形成的详细建模,Combust Flame,128,4,395-409(2002)
[19] 巴尔塔萨尔,M。;毛斯,F。;Wang,H.,层流预混火焰中烟灰颗粒的热电离及其对其生长影响的计算研究,燃烧火焰,129,1-2204-216(2002)
[20] 巴尔塔萨尔,M。;Frenklach,M.,层流预混合火焰中烟尘聚集物形成的详细动力学建模,燃烧火焰,140,1-2,130-145(2005)
[21] 福尔克,L。;Schaer,E.,《沉淀反应器的PDF模型》,化学工程科学,56,7,2445-2457(2001)
[22] Wilck,M。;斯特拉曼,F.,二维多组分模式气溶胶模型及其在层流反应堆中的应用,气溶胶科学杂志,28,6,959-972(1997)
[23] 祖卡,A。;马尔基西奥,D.L。;Barresi,A.A。;Fox,R.O.,《湍流火焰中煤烟形成建模的CFD代码中人口平衡方程的实现》,化学工程科学,61,1,87-95(2006)
[24] 郑,J.I。;Choi,M.,《二维管式反应器中非球形多分散颗粒生长的分析》,《气溶胶科学杂志》,34,6,713-732(2003)
[25] 洛克伍德,F.C。;Yousif,S.,固体燃料火焰中有毒金属颗粒物富集模型,燃料工艺技术,65-66,1439-457(2000)
[26] Kim,D。;乔塔姆,M。;Gera,D.,《通过成核和凝结模式形成柴油颗粒物的参数研究》,《气溶胶科学杂志》,33,12,1609-1621(2002)
[27] Kim博士。;乔塔姆,M。;Gera,D.,柴油机湍流排气羽流中颗粒物形成过程中的成核和凝聚模式建模,胶体界面科学杂志,249,1,96-103(2002)
[28] Wen,J.Z。;汤姆森,M.J。;帕克,S.H。;Rogak,S.N。;Lightstone,M.F.,使用移动截面模型研究推流式反应器中的烟尘增长,Proc Combust Inst,30,1,1477-1484(2005)
[29] Nere,N.K。;Ramkrishna,D.,在充分发展的湍流管流中用纯聚集求解人口平衡方程,化学工程科学,61,1,96-103(2006)
[30] Pyykőnen,J。;Jokiniemi,J.,基于计算流体动力学的分段气溶胶模拟方案,气溶胶科学杂志,31,5,531-550(2000)
[31] 霍兰德,E.D。;Derksen,J.J。;布鲁因斯马,O.S.L。;van den Akker,H.E.A。;van Rosmalen,G.M.,《流体动力学与正动力学凝聚耦合的数值研究》,化学工程科学,56,7,2531-2541(2001)
[32] 巴尔塔萨尔,M。;Kraft,M.,《计算层流预混合火焰中烟尘颗粒粒度分布函数的随机方法》,《燃烧火焰》,133,3,289-298(2003)
[33] 辛格,J。;巴尔塔萨尔,M。;克拉夫特,M。;Wagner,W.,层流预混火焰中烟尘粒径和年龄分布的随机建模,Proc Combust Inst,30,1,1457-1465(2005)
[34] 赵,B。;杨振伟。;Johnston,M.V。;Wang,H。;韦克斯勒,A.S。;Balthasard,M.,层流预混乙烯-氧-氩火焰中烟尘粒度分布函数的测量和数值模拟,燃烧火焰,133,1-2,173-188(2003)
[35] 科洛德科,A。;Sabelfeld,K。;Wagner,W.,求解Smoluchowski凝血方程的随机方法,数学计算模拟,49,1-2,57-79(1999)·Zbl 0944.76065号
[36] Sabelfeld,K。;Kolodko,A.,空间非均匀Smoluchowski方程的随机拉格朗日模型和算法,数学计算模拟器,61,2115-137(2003)·Zbl 1026.65006号
[38] 卡马尔,S。;Ashfaq,A。;沃内克,G。;安吉洛夫,I。;Elsner,M.P。;Seidel-Morgenstern,A.,结晶过程中多维种群平衡的自适应高分辨率方案,计算化学工程,31,10,1296-1311(2007)
[39] 加里克,南卡罗来纳州。;Lehtinen,K.E.J。;Zachariah,M.R.,《通过Navier-Stokes/节点法进行纳米粒子凝固:粒子场的演变》,《气溶胶科学杂志》,37,5,555-576(2006)
[40] 多劳,C.A。;Jakobsen,H.A.,最小二乘法在解决人口平衡问题中的应用\(R^d}{+1}\),化学工程科学,615070-5081(2006)
[41] 多劳,C.A。;雅各布森,H.A.,人口平衡问题的时空特性最小二乘谱方法,化学工程科学,62,5,1323-1333(2007)·Zbl 1110.65124号
[42] 坎波斯,F.B。;Lage,P.L.C.,使用Euler-Lagrange公式求解瞬态多维人口平衡方程的数值方法,化学工程科学,58,12,2725-2744(2003)
[43] 吕秀英(Lu,S.Y.)。;Lin,H.C。;Lin,C.H.,管式CVD反应器中颗粒生长和沉积建模,《晶体生长杂志》,200,3-4,527-542(1999)
[44] 布朗,D.P。;Kauppinen,E.I。;Jokiniemi,J.K。;鲁宾,S.G。;Biswas,P.,基于矩的CFD模型方法,用于强相间质量和传热的多分散气溶胶流动,计算流体,35,7,762-780(2006)·Zbl 1177.76443号
[45] Yeoh,G.H。;Tu,J.Y.,过冷沸腾流的双流体和粒子平衡模型,应用数学模型,30,11,1370-1391(2006)·Zbl 1375.76200号
[46] 史密斯,M。;Matsoukas,T.,种群平衡的常数值蒙特卡罗模拟,化学工程科学,53,917777-1786(1998)
[47] Lin,Y。;Lee,K。;Matsoukas,T.,使用常数蒙特卡罗求解人口平衡方程,化学工程科学,57,12,2241-2252(2002)
[48] 赵,H。;Kruis,F.E。;Zheng,C.,《通过在凝结的蒙特卡罗模拟中应用加权模拟粒子降低统计噪声并扩展尺寸谱》,气溶胶科学技术,43,8,781-793(2009)
[49] 赵,H。;郑,C.,一种新的求解颗粒尺寸分布时间演化的事件驱动恒体积方法,计算物理杂志,228,5,1412-1428(2009)·Zbl 1156.82368号
[50] 帕特森,R.I.A。;瓦格纳,W。;Kraft,M.,人口平衡方程的随机加权粒子方法,《计算物理杂志》,230,19,7456-7472(2011)·Zbl 1252.65021号
[51] 德维尔,R.E.L。;Riemer,N。;West,M.,随机颗粒混凝的加权流算法(WFA),计算机物理杂志,230,23,8427-8451(2011)·Zbl 1236.86006号
[52] 周磊,《湍流气固两相流动与燃烧的理论与数值模拟》(1993),中国铁道大学出版社
[53] Sommerfeld,M.,均匀各向同性湍流中粒子间碰撞随机拉格朗日模型方法的验证,国际多道流杂志,27,10,1829-1858(2001)·Zbl 1137.76744号
[54] Bird,G.A.,《分子气体动力学和气体流动的直接模拟》(1994年),牛津科学出版社。
[55] 克罗,C.T。;夏尔马,M.P。;Stock,D.E.,《气滴流动的胞内颗粒源(PSI-cell)模型》,美国机械工程师协会流体工程杂志,99,2,325-331(1977)
[58] 维默里,S。;Pratsinis,S.E.,团块的自我保护尺寸分布,气溶胶科学杂志,26,2,175-185(1995)
[59] Srinivasan,R.,重要性抽样——在通信和检测中的应用(2002),Springer-Verlag·Zbl 1013.62003年
[60] Bucklew,J.A.,《罕见事件模拟导论》(2004),斯普林格-弗拉格·Zbl 1057.65002号
[61] 赵,H。;Kruis,F.E。;Zheng,C.,双组分凝血的微分加权蒙特卡罗方法,计算物理杂志,229,19,6931-6945(2010)·Zbl 1208.82055号
[62] Saffman,P.G。;Turner,J.S.,《湍流云中水滴的碰撞》,《流体力学杂志》,第116-30页(1956年)·Zbl 0070.46003号
[63] Abrahamson,J.,《剧烈湍流中小颗粒的碰撞速率》,《化学工程科学》,第30、11、1371-1379页(1975年)
[64] Wang,L.P。;韦克斯勒。;Zhou,Y.,关于各向同性湍流中小粒子的碰撞速率。I.零惯量情况,物理流体,10,1,266-276(1998)
[65] 雷德,W.C。;Collins,L.R.,《湍流凝聚过程中气溶胶粒度分布的数值研究》,《流体力学杂志》,415,45-64(2000)·Zbl 0978.76045号
[66] Sundaram,S。;Collins,L.R.,模拟有限体积颗粒湍流悬浮的数值考虑,计算机物理杂志,124,2337-350(1996)·Zbl 0849.76054号
[67] Braumann,A。;卡夫,M。;Mort,P.R.,多维颗粒模型中的参数估计,粉末技术,197,3,196-210(2010)
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