Investigation of the effects of turbulent flow on energy and mass transfer close to solid surfaces

研究湍流对固体表面附近能量和质量传递的影响

基本信息

项目摘要

Turbulence is the most common type of fluid flow in both the industry and the environment, while it is still one of the unsolved problems in physics. Its ability to mix and disperse energy or mass (like chemicals or particles) plays a key role in every day applications, like flows in oil and gas pipelines, in industrial reactors, in mixing, in heating or cooling, as well as in the atmosphere and in oceans. The goal of this project is to understand the effects of flow features that are commonly observed in turbulent flow on the transport of energy and mass using advanced computational techniques. The findings of this research could lead to efficient energy management, efficient design of industrial equipment where heat and mass transfer take place, and better prediction and control of pollutant dispersion. The database generated through this project will become available to the scientific community, and simulation data generated through this project will be used to develop animations of turbulent dispersion that can be used in K-12 science demonstrations.Central concerns for the development of a comprehensive turbulent transport theory have been the prediction of the spatial variation of turbulent viscosity, the effect of molecular dispersion on turbulent transport, and the effect of coherent velocity structures on the transport properties. The main hypothesis here is that the reason for the failure in predicting scalar transfer from momentum transfer is that only some of the velocity structures participate in turbulent transfer close to a wall, and the range of scales that participate in the transfer depends on molecular dispersion effects. Main questions to be answered are what is the role the very large scales of motion (known as VLSM) in turbulent transport, and how the interplay between molecular diffusion and convection affects mixing or separation of particles in anisotropic turbulence. The proposed approach is to use computations with Lagrangian methods for analysis, which afford the study of a range of fluids that span several orders of Prandtl number in magnitude (e.g., liquid metals, gases, refrigerants, and electrochemical fluids) making it possible to handle cases where conventional methods are often not feasible with the current supercomputers. Expected results could lead to the development of a comprehensive model for the prediction and control of turbulent transport.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
湍流是行业和环境中最常见的流体流量类型,而它仍然是物理学中未解决的问题之一。它混合和分散能量或质量的能力(例如化学物质或颗粒)在每天的应用中都起着关键作用,例如油气管道中的流动,工业反应堆,混合,加热或冷却,以及在大气和海洋中。该项目的目的是了解使用先进的计算技术在湍流中通常观察到的流动特征的影响。这项研究的发现可能会导致有效的能源管理,进行热量和质量转移的工业设备的有效设计以及更好地预测和控制污染物分散体。通过该项目生成的数据库将适用于科学界,通过该项目生成的模拟数据将用于开发可在K-12科学演示中使用的湍流分散的动画。对综合湍流传输理论的开发的中心关注是对湍流粘度的空间变化的预测,以及在湍流效应上的效应,以及湍流效应的效应,以及湍流的效应,以及湍流的效应,是对湍流的效应,以及湍流的效应,是对湍流的效应,是对湍流的效应,构成了构成的效应。 特性。这里的主要假设是,从动量转移预测标量转移的失败的原因是,只有某些速度结构参与靠近壁的湍流转移,而参与转移的量表范围取决于分子分散效应。要回答的主要问题是,非常大的运动(称为VLSM)在湍流传输中的作用是什么,以及分子扩散与对流之间的相互作用如何影响各向异性湍流中颗粒的混合或分离。提出的方法是将使用拉格朗日方法的计算进行分析,这些计算提供了一系列流体的研究,这些流体的大小范围(例如,液体金属,气体,制冷剂和电化学流体),使得与当前常规方法相对于目前的超级计算机通常不可生存。预期的结果可能会导致建立一个综合模型,以预测和控制动荡的运输。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响评估标准,被认为值得通过评估来获得支持。

项目成果

期刊论文数量(4)
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Using helicity to investigate scalar transport in wall turbulence
  • DOI:
    10.1103/physrevfluids.5.062601
  • 发表时间:
    2020-06-23
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.7
  • 作者:
    Nguyen, Q.;Papavassiliou, D., V
  • 通讯作者:
    Papavassiliou, D., V
Coupled Flow and Heat or Mass Transfer
耦合流动和传热或传质
  • DOI:
    10.3390/fluids5020066
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1.9
  • 作者:
    Papavassiliou, Dimitrios V.;Razavi, Sepideh;Nguyen, Quoc
  • 通讯作者:
    Nguyen, Quoc
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