Two-Phase Flow Simulation for Pressure Distribution and Kinetic Energy Using an 1-D Centerline based pipe mesh : 1차원 중심선 기반 파이프 격자를 활용한 2상 유체의 압력분포 및 운동에너지의 모사원문보기
파이프 내부의 2상유동은 다양한 산업 현장에서 쉽게 관찰할 수 있다. 이 연구는 1차원 중심선 기반 U자형 파이프 격자 생성기법을 이용한 파이프 격자 내부에서 기포의 유동을 오픈 소스CFD 라이브러리 OpenFOAM과 상용 소프트웨어 ANSYS Fluent의 two-fluid모형을 사용하여 모사하는데 있다. 파이프의 형상이 곡관 내부 2상유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 1차원 중심선 기반 격자생성을 통해 다수의 구역을 생성하였다. Two-fluid 모형의 이산화된 보존방정식은 PIMPLE(Pressure-Implicit Method for Pressure-Linked ...
파이프 내부의 2상유동은 다양한 산업 현장에서 쉽게 관찰할 수 있다. 이 연구는 1차원 중심선 기반 U자형 파이프 격자 생성기법을 이용한 파이프 격자 내부에서 기포의 유동을 오픈 소스CFD 라이브러리 OpenFOAM과 상용 소프트웨어 ANSYS Fluent의 two-fluid모형을 사용하여 모사하는데 있다. 파이프의 형상이 곡관 내부 2상유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 1차원 중심선 기반 격자생성을 통해 다수의 구역을 생성하였다. Two-fluid 모형의 이산화된 보존방정식은 PIMPLE(Pressure-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)알고리즘을 통해 계산되어 압력장과 속도장을 예측하였고, 정상상태 해석에는 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)이 사용되었으며, 시간과 공간의 이산화는 2차 오일러 및 중앙차분 방식이 적용되었다. 파이프 유동을 해석하기 전에, 우리는 해석모형의 정확성을 검증하기 위하여 Broken dam과 Bubble column 케이스를 벤치마크 하였다. 서로 다른 네가지 중력방향에 대해 해석한 결과에 의하면 직관 내부에서 상향유동의 경우 유동 패턴은 유입될 당시 기포의 분포에 크게 형향을 받는 반면 하향유동의 경우 입구조건과 상관없이 동일한 패턴을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 운동에너지, 위치에너지, 그리고 점성소산에 의한 압력강하는 파이프의 각 체적 영역에서 측정하였다. 이 결과로 점성 소산으로 인한 압력 강하는 단상유동에서 직관보다 곡관이 항상 더 크지만, 2상 유동에서는 반드시 그렇지는 않았다. 결론적으로, 수직관에서 상승 기포의 형상은 유입조건의 영향을 많이 받고, 2상유동의 경우 부력의 영향으로 인해 곡관의 마찰저항이 직관보다 항상 큰 것은 아니라는 사실을 알 수 있었다. 또한, 국부적으로 마찰저항에 의한 압력강하가
파이프 내부의 2상유동은 다양한 산업 현장에서 쉽게 관찰할 수 있다. 이 연구는 1차원 중심선 기반 U자형 파이프 격자 생성기법을 이용한 파이프 격자 내부에서 기포의 유동을 오픈 소스 CFD 라이브러리 OpenFOAM과 상용 소프트웨어 ANSYS Fluent의 two-fluid모형을 사용하여 모사하는데 있다. 파이프의 형상이 곡관 내부 2상유동에 미치는 영향을 알아보기 위하여 1차원 중심선 기반 격자생성을 통해 다수의 구역을 생성하였다. Two-fluid 모형의 이산화된 보존방정식은 PIMPLE(Pressure-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)알고리즘을 통해 계산되어 압력장과 속도장을 예측하였고, 정상상태 해석에는 SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation)이 사용되었으며, 시간과 공간의 이산화는 2차 오일러 및 중앙차분 방식이 적용되었다. 파이프 유동을 해석하기 전에, 우리는 해석모형의 정확성을 검증하기 위하여 Broken dam과 Bubble column 케이스를 벤치마크 하였다. 서로 다른 네가지 중력방향에 대해 해석한 결과에 의하면 직관 내부에서 상향유동의 경우 유동 패턴은 유입될 당시 기포의 분포에 크게 형향을 받는 반면 하향유동의 경우 입구조건과 상관없이 동일한 패턴을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 운동에너지, 위치에너지, 그리고 점성소산에 의한 압력강하는 파이프의 각 체적 영역에서 측정하였다. 이 결과로 점성 소산으로 인한 압력 강하는 단상유동에서 직관보다 곡관이 항상 더 크지만, 2상 유동에서는 반드시 그렇지는 않았다. 결론적으로, 수직관에서 상승 기포의 형상은 유입조건의 영향을 많이 받고, 2상유동의 경우 부력의 영향으로 인해 곡관의 마찰저항이 직관보다 항상 큰 것은 아니라는 사실을 알 수 있었다. 또한, 국부적으로 마찰저항에 의한 압력강하가
Two-phase flow inside the pipe can be easily observed at various industrial sites. This study aims to the flow of bubbles inside a pipe using the 1-D centerline-based U-shaped pipe mesh generation technique with two-fluid model in the open-source CFD library OpenFOAM and commercial software ANSYS Fl...
Two-phase flow inside the pipe can be easily observed at various industrial sites. This study aims to the flow of bubbles inside a pipe using the 1-D centerline-based U-shaped pipe mesh generation technique with two-fluid model in the open-source CFD library OpenFOAM and commercial software ANSYS Fluent. In order to investigate the effect of the pipe shape on the two-phase flow inside the curved pipe, several zones were created through the one-dimensional centerline-based mesh generation. The discretized conservation equations of the two-fluid model were calculated using the Pressure-Implicit Method for Pressure-Linked Equation (PIMPLE) algorithm to predict the pressure and velocity fields. For steady-state analysis, SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation) was used. Second-order Euler and the central difference scheme were used for the time and spatial discretization. Before analyzing the two-phase flow in the pipe, we validated the accuracy of the two fluid model through broken dam and bubble column benchmark cases. According to the results for four different directions of gravity, the flow pattern in the upstream flow is strongly influenced by the distribution of bubbles at the inlet surface, whereas the downflow shows the same bubble patterns regardless of the inlet conditions. Pressure drop by kinetic energy, potential energy, and viscous dissipation was measured in each volume zone of the pipe. In addition, the pressure drop due to viscous dissipation is always greater in curved section than straight pipe in single-phase flow, but it is not in two-phase flow. In conclusion, it can be seen that the shape of the rising bubble in the vertical pipe is influenced by the inlet condition, and in the case of two-phase flow, the frictional resistance of the curved pipe is not always greater than that of the straight pipe due to the buoyancy effect. In addition, the total amount of pressure drop across the pipe was almost the same while the local pressure drop due to viscous dissipation can be different.
Two-phase flow inside the pipe can be easily observed at various industrial sites. This study aims to the flow of bubbles inside a pipe using the 1-D centerline-based U-shaped pipe mesh generation technique with two-fluid model in the open-source CFD library OpenFOAM and commercial software ANSYS Fluent. In order to investigate the effect of the pipe shape on the two-phase flow inside the curved pipe, several zones were created through the one-dimensional centerline-based mesh generation. The discretized conservation equations of the two-fluid model were calculated using the Pressure-Implicit Method for Pressure-Linked Equation (PIMPLE) algorithm to predict the pressure and velocity fields. For steady-state analysis, SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation) was used. Second-order Euler and the central difference scheme were used for the time and spatial discretization. Before analyzing the two-phase flow in the pipe, we validated the accuracy of the two fluid model through broken dam and bubble column benchmark cases. According to the results for four different directions of gravity, the flow pattern in the upstream flow is strongly influenced by the distribution of bubbles at the inlet surface, whereas the downflow shows the same bubble patterns regardless of the inlet conditions. Pressure drop by kinetic energy, potential energy, and viscous dissipation was measured in each volume zone of the pipe. In addition, the pressure drop due to viscous dissipation is always greater in curved section than straight pipe in single-phase flow, but it is not in two-phase flow. In conclusion, it can be seen that the shape of the rising bubble in the vertical pipe is influenced by the inlet condition, and in the case of two-phase flow, the frictional resistance of the curved pipe is not always greater than that of the straight pipe due to the buoyancy effect. In addition, the total amount of pressure drop across the pipe was almost the same while the local pressure drop due to viscous dissipation can be different.
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