Local Lubrication Model for Spherical Particles within an Incompressible Navier-Stokes Flow
Modèle local de lubrification pour des écoulements Navier-Stokes incompressible de particles sphériques
Abstract
The lubrication effects are short-range hydrodynamic interactions essential to the
suspension of the particles, and are usually underestimated by direct numerical simulations of
particle laden flows. In this paper, we propose a lubrication model for a coupled volume penalization
method and discrete element method solver which estimates the unresolved hydrodynamic forces
and torques in an incompressible Navier-Stokes flow. Corrections are made locally on the surface
of the interacting particles without any assumption on the global particle shape. The numerical
model has been validated against experimental data and is shown to perform as well as existing
numerical models that are limited to spherical particles.
Les forces de lubrifications jouent un rôle fondamental dans le phénomène de suspension de particules solides dans un fluide visqueux. Ces forces hydrodynamiques de courte distance d’action sont généralement partiellement capturées par la résolution numérique directe des équations de l’écoulement. L’objectif de cet article est de proposer un modèle pour corriger localement les forces et moments de lubrification. Les corrections sont faites directement sur les éléments de surfaces des particules où les effets de lubrification sont sous-estimés, sans hypothèse sur la géométrie globale des particules. Le modèle proposé a été testé sur deux cas expérimentaux dans le cas de particules sphériques.
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