Comparison between eulerian and vof models for two-phase flow assessment in vertical pipes

• Autores: Esteban Guerrero, Felipe Muñoz, Nicolás Ratkovich
• Localización: CT&F - Ciencia, tecnología y futuro, ISSN-e 0122-5383, Vol. 7, Nº. 1, 2017, págs. 73-84
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Comparação dos modelos euleriano e vof para avaliação de escoamento bifásico em tubulações verticais
  • Comparación de los modelos euleriano y vof para evaluación de flujo bifásico en tuberías verticales
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• Resumen
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    RESUMEN La correcta caracterización del flujo bifásico se ha vuelto un tema de interés a nivel industrial. La mecánica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en inglés) es una de las técnicas utilizadas para estos análisis. Comúnmente se utiliza en esta herramienta el modelo de volumen de fluido (VOF, por sus siglas en inglés) y modelo Euleriano. La formulación matemática de estos modelos genera diferencias en su convergencia, exactitud y desempeño computacional. Este trabajo pone en evidencia las diferencias de estos dos modelos para aplicaciones de flujo bifásico en dirección vertical. Con el fin de llevar a cabo este objetivo se debe validar estos modelos con resultados experimentales. En este proyecto se realizó la modelación de seis experimentos haciendo uso de un mallado tipo ortogonal (mariposa). Como resultado el modelo Euleriano presenta un error cuadrático medio (13.86%) inferior al modelo VOF (19.04%) para flujos con baja fracción de vacío (< 0.25). Por otro lado, se evidenció que el modelo Euleriano es independiente de la malla permitiendo un tiempo de simulación menor al del modelo VOF. Finalmente, se determinó que el modelo VOF permite predecir el patrón de flujo a diferencia del modelo Euleriano.

  • English

    ABSTRACT The appropriate characterization of the two-phase flow has been recently considered as a topic of interest at industrial level. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is one of the techniques used for this analysis. Commonly, the Volume Of Fluid (VOF) model and the Eulerian model are used to model the two-phase flow. The mathematical formulations of these models cause differences in their convergence, computational time and accuracy. This article describes the differences between these two models for applications in the two-phase upward-flow. In order to accomplish this objective, the CFD models were validated with experimental results. This study modeled six experiments with an orthogonal (butterfly) grid. As a result, the Eulerian model shows mean square errors (13.86%) lower than the VOF model (19.04%) for low void fraction flows (< 0.25). Furthermore, it was demonstrated that Eulerian model performance is independent from grid, spending less computational time than the VOF model. Finally, it was determined that only the VOF model predicts the pattern flow.

  • português

    RESUMO Acaracterização adequada do escoamento bifásico tem se tornado um assunto de interesse no âmbito industrial. A mecânica dos fluidos computacional (CFD, por suas siglas em inglês) é uma das técnicas para essas análises. Nesta ferramenta utiliza-se normalmente o modelo de volume de fluido (VOF, por siglas em inglês) e o modelo Euleriano. A formulação matemática destes modelos gera diferenças na sua convergência, exatidão e desempenho computacional. Este trabalho destaca as diferenças destes dois modelos para aplicações de escoamento bifásico em direção vertical. Para atingir esse objetivo é preciso validar estes modelos com resultados experimentais. Neste projeto realizou-se a modelagem de seis experimentos empregando uma malha ortogonal. Como resultado, o modelo Euleriano apresenta um erro quadrático médio (13.86%) inferior ao modelo VOF (19.04%) para fluxos com baixa fração de vazio (<0.25). Por sua vez, evidenciou-se que o modelo Euleriano é independente da malha, possibilitando um período de simulação menor ao do modelo VOF. Por fim, determinou-se que o modelo VOF serve para prever o padrão de escoamento ao contrário do modelo Euleriano.