Modellazione Euleriano-Lagrangiana di flussi turbolenti liquido-solido con diversi regimi di accoppiamento tra le fasi

This thesis focuses on the construction of computational fluid dynamics models for the simulation of the transport of solid particles in a turbulent liquid flow for different amounts of solids. In particular, the thesis is focused on the statistical evaluation of the impingements of the solids exiting a wide, rectangular nozzle against a plane wall using perpendicular to the noozle axis in submerged conditions. This problem is particularly significant, being related with the phenomenon of the impact erosion, relevant, for istance, in the mining and oil & gas sectors. The main modelling techniques for the simulation of turbulent particle-laden flows are presentend for different coupling regimes between the phases, such as:one-way coupling, in which the solids do not affect appreciably the flow field of the carrier liquid; two-way coupling, in which the solids do affect the flow field of the carrier liquid; and four-way coupling, in which the particle-particle collisions play a significant role. Afterwards, the simulation of the benchmark case described above was presented for the different coupling regimes, discussing the obtained solutions for different simulation times and the volumetric concentrations, and assessing the importance of coupling effects for different flow conditions.

Questa tesi è incentrata sulla costruzione di modelli di fluidodinamica computazionale per la simulazione di flusso liquido-solido in regime turbolento al variare della quantità di solidi nel flusso. In particolare, la tesi si è focalizzata sulla valutazione statistica degli impatti delle particelle in uscita da un ugello rettangolare molto largo contro una parete piana disposta perpendicolarmente all’ugello stesso in condizioni sommerse. Questo problema è particolarmente significativo in quanto è correlato al fenomeno dell’erosione da impatto, importante, ad esempio, nei settori minerario e oil & gas. Sono presentate le principali tecniche di modellazione numerica dei flussi turbolenti liquido-solido per diversi regimi di accoppiamento tra le fasi, tra cui one-way coupling, in cui le particelle solide non hanno effetto apprezzabile sul campo di moto del liquido; two-way coupling, in cui le particelle solide hanno effetto sul campo di moto del liquido; four-way coupling, in cui le collisioni tra le particelle giocano un ruolo significativo. Successivamente è stata presentata la simulazione del caso benchmark nei diversi regime di accoppiamento, discutendo le soluzioni ricavate al variare del tempo e della concentrazione volumetrica della fase solida e l’importanza degli effetti di accoppiamento nei vari scenari.