Andreas Hantsch

A lattice Boltzmann equation model for thermal liquid film flow

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Kurzfassung in Englisch

Liquid film flow is an important flow type in many applications of process engineering. For supporting experiments, theoretical and numerical investigations are required. The present state of the art is to model the liquid film flow with Navier--Stokes-based methods, whereas the lattice Boltzmann method is employed here. The final model has been developed within this treatise by means of a two-phase flow and a heat transfer model, and boundary and initial conditions. All these sub-models have been applied to simple test cases.

It could be found that the two-phase model is capable of solving flow phenomena with a large density ratio which has been shown impressively in conjunction with wall boundary conditions. The heat transfer model was tested against spectral method results with a transient non-uniform flow field. It was possible to find optimal parameters for computation. The final model has been applied to steady-state film flow, and showed very good agreement to OpenFOAM simulations. Tests with transient film flow demonstrated that the model is also able to predict these flow phenomena.

Kurzfassung in Deutsch

Flüssigkeitsfilmströmungen kommen in vielen verfahrenstechnischen Prozessen zum Einsatz. Zur Unterstützung von Experimenten sind theoretische und numerische Untersuchungen nötig. Stand der Technik ist es, Navier--Stokes-basierte Modelle zu verwenden, wohingegen hier die Lattice-Boltzmann-Methode verwendet wird. Das finale Modell wurde unter Verwendung eines Zweiphasen- und eines Wärmeübertragungsmodell entwickelt und geeignete Rand- und Anfangsbedingungen formuliert. Alle Untermodelle wurden anhand einfacher Testfälle überprüft.

Es konnte herausgefunden werden, dass das Zweiphasenmodell Strömungen großer Dichteunterschiede rechnen kann, was eindrucksvoll im Zusammenhang mit Wandrandbedingungen gezeigt wurde. Das Wärmeübertragungsmodell wurde gegen eine Spektrallösung anhand eines transienten und nichtuniformen Strömungsproblemes getestet. Stationäre Filmströmungen zeigten sehr gute Übereinstimmungen mit OpenFOAM-Lösungen und instationäre Berechungen bewiesen, dass das Model auch solche Strömungen abbilden kann.

weitere Metadaten

Schlagwörter
(Deutsch)
Flüssigkeitsfilmströmung, Zweiphasenströmung, Lattice-Boltzmann-Methode, LBM, Randbedingungen, Momentenmethode, Advektions-Diffusions-Problem, Wärmeübertragung
Schlagwörter
(Englisch)
liquid film flow, two-phase flow, lattice Boltzmann method, LBM, boundary conditions, moment method, advection-diffusion problem, heat transfer
SWD SchlagworteGitter-Boltzmann-Methode, Numerische Strömungssimulation, Flüssigkeitsfilm, Filmströmung, Zweiphasenströmung, Wärmeübertragung, dynamische Randbedingung, Momentenmethode <Mathematik>, Advektion-Diffusionsgleichung
DDC Klassifikation620
Institution(en) 
HochschuleTechnische Universität Bergakademie Freiberg
FakultätMaschinenbau, Verfahrens- und Energietechnik
InstitutInstitut für Wärmetechnik und Thermodynamik
ProfessurLehrstuhl für Technische Thermodynamik
BetreuerProf. Dr-Ing. habil. Ulrich Groß
GutachterProf. Dr.-Ing. habil. Ulrich Groß
Prof. Dr-Ing. habil. Rüdiger Schwarze
DokumententypDissertation
SpracheEnglisch
Tag d. Einreichung (bei der Fakultät)03.09.2013
Tag d. Verteidigung / Kolloquiums / Prüfung05.12.2013
Veröffentlichungsdatum (online)10.12.2013
persistente URNurn:nbn:de:bsz:105-qucosa-130098

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