Lattice-Boltzmann LES modelling of a full-scale, biogas-mixed anaerobic digester
Lattice-Boltzmann LES modelling of a full-scale, biogas-mixed anaerobic digester
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全尺寸沼气混合厌氧消化池的格子-玻尔兹曼 LES 建模
DOI：
10.1007/s00366-023-01854-3
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发表时间：
2023
影响因子：
8.7
通讯作者：
Dapelo D
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Dapelo D
首次采用欧拉-拉格朗日多组分非牛顿格子-玻尔兹曼方法模拟了全尺寸混合气体厌氧消化池的废水处理过程。流变学是通过幂律模型建模，并首次在气体混合厌氧消化建模，湍流是通过Smagorinsky大涡模拟模型建模。通过分析流动和粘度模式，并通过均匀性指数法评估混合程度，研究了蒸煮器的流体动力学。结果表明，独立的网格大小和拉格朗日子步骤的数量采用拉格朗日子网格模拟模型。流动模式被证明是温和地依赖于气泡尺寸的选择，但不是混合的渐近程度。该模型的数值运行相比，以前的结果在文献中，从二阶的体积法的方法，并证明了改进，相比文献数据，1000倍的计算效率，大规模的并行性和更精细的可达到的空间分辨率。虽然以前的研究得出的结论是，LES的应用，以全面的厌氧消化混合是不可行的，因为高计算费用，在这里展示的计算效率的增加，现在使LES的一个可行的选择，工业和咨询。
An Euler–Lagrange multicomponent, non-Newtonian Lattice-Boltzmann method is applied for the first time to model a full-scale gas-mixed anaerobic digester for wastewater treatment. Rheology is modelled through a power-law model and, for the first time in gas-mixed anaerobic digestion modelling, turbulence is modelled through a Smagorinsky Large Eddy Simulation model. The hydrodynamics of the digester is studied by analysing flow and viscosity patterns, and assessing the degree of mixing through the Uniformity Index method. Results show independence from the grid size and the number of Lagrangian substeps employed for the Lagrangian sub-grid simulation model. Flow patterns are shown to depend mildly on the choice of bubble size, but not the asymptotic degree of mixing. Numerical runs of the model are compared to previous results in the literature, from a second-ordered Finite-Volume Method approach, and demonstrate an improvement, compared to literature data, of 1000-fold computational efficiency, massive parallelizability and much finer attainable spatial resolution. Whilst previous research concluded that the application of LES to full-scale anaerobic digestion mixing is unfeasible because of high computational expense, the increase in computational efficiency demonstrated here, now makes LES a feasible option to industries and consultancies.
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Dapelo D
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Dapelo D
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