基于 lubrication 增强 DNS 的 CSP 系统稠密悬浮液有效粘度闭合式
流体动力学
2025-07-01 v1
摘要
稠密颗粒悬浮液是下一代浓缩太阳能热力（CSP）接收器的有力候选者，可实现800摄氏度以上的工作温度。然而，对颗粒流变行为的准确建模对于可靠的计算流体动力学（CFD）仿真至关重要。本研究发展并评估了适用于 CSP 应用的数值方法。我们的计算框架基于直接数值模拟（DNS），并引入润滑力模型以解析体积分数超过50%时的颗粒-颗粒和颗粒-壁面相互作用。我们进行了一系列系统化的模拟实验，覆盖 various 体积分数，以建立稳健的参考数据集。通过数值黏度仪器配置进行验证，实现与理论预测及已有基准结果的直接比较。随后，将黏度仪器布局推广到周期立方体域，作为 CSP 系统的代表体积单元。该框架下，分别通过壁面力测量和能量耗散分析独立量化有效粘度。两种方法的结果高度一致，证实了结果的可靠性。基于这些发现，我们构建了有效粘度表格，并采用多项式和分段光滑逼近进行拟合。这些高精度闭合式关系适用于大规模非牛顿 CFD 模型，用于 CSP plant 的设计与分析。
引用
@article{arxiv.2506.22873,
title = {Effective viscosity closures for dense suspensions in CSP systems via lubrication-enhanced DNS and numerical viscometry},
author = {Raphael Münster and Otto Mierka and Dmitri Kuzmin and Stefan Turek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2506.22873},
year = {2025}
}