Quão segura é essa suposição para modelagem de turbulência em meios porosos?

Estou estudando o desempenho de receptores solares volumétricos (especificamente espumas de cerâmica) versus a mudança de muitos parâmetros: fluxo solar, temperatura da superfície, porosidade, diâmetro dos poros, pressão e velocidade do fluxo. Vi duas maneiras na literatura de modelar meios porosos:

1. Desenhando uma estrutura 3D complexa que é análoga à zona porosa.

Embora isso possa ser uma solução específica para um problema, mas a modelagem de turbulência nesse caso não é um problema.

2. Média das equações diferenciais parciais que governam para explicar a natureza dos meios porosos e introdução de novos termos nas equações (porosidade e velocidade superficial).$\epsilon$

E esta é a abordagem que estou adotando que é usada em modelos porosos em muitos solucionadores de CFD.

No entanto, ao ler sobre o tratamento da turbulência em meios porosos no guia do usuário da FLUENT, descobri que a turbulência não é exatamente modelada:

a turbulência no meio é tratada como se o meio sólido não tivesse efeito sobre as taxas de geração ou dissipação de turbulência. Essa suposição pode ser razoável se a permeabilidade do meio for bastante grande e a escala geométrica do meio não interagir com a escala dos turbilhões turbulentos. Em outros casos, no entanto, convém suprimir o efeito da turbulência no meio.

Acho que "a permeabilidade do meio é bastante grande" bastante ambígua (que valores são considerados grandes ?) E não sei se meu modelo será seriamente afetado por esse tratamento ou não e até que ponto?

Então, alguém já passou por isso antes? ou estou complicando demais as coisas para um estudo paramétrico?

É apenas dizer que, como não há turbulência ou dissipação sendo computada; sua solução será menos precisa para uma permeabilidade cada vez menor. Enquanto eu leio; correntes de Foucault neste modelo cruzarão o meio. Para uma fina cerca de arame, isso corresponderia à realidade; para um filtro de forno, não seria porque o ar é laminar ao sair do filtro. A extensão em que essa suposição afeta sua solução depende de sua geometria e de quanto a turbulência afeta seus resultados medidos.

Eu recomendo que você publique no CFD-Online Fluent Forum .

Aqui estão alguns fóruns existentes que podem ser úteis: Pesquisa porosa Fluente CFD-Online

Você pode considerar um solucionador de código-fonte aberto para essa situação, em oposição ao fluente de código-fonte fechado que possui suposições indesejáveis:

Site do OpenFOAM
Mídia porosa no Fórum OpenFOAM
Mídia porosa no OpenFOAM
Mídia porosa e transferência de calor no OpenFOAM

Resposta curta: A abordagem FLUENT é trivial.

$k = 0$$\epsilon = 0$

Descobri que o código STAR-CCM + segue uma maneira semelhante no tratamento de turbulência:

O efeito de uma região porosa no fluxo turbulento depende da estrutura interna do meio poroso. Onde a turbulência está presente, as escalas de turbulência são determinadas a partir da estrutura geométrica do meio poroso. Como não é possível para o STAR-CCM + prever as escalas de turbulência diretamente, você especifica os valores apropriados na região porosa. Quantidades de turbulência no fluido que sai da região porosa são construídas a partir dos valores definidos pelo usuário; eles não são transportados do lado a montante da região porosa.

Então, acho que se você é pragmático o suficiente para ter um modelo que possa sacrificar a precisão dos resultados do modelo de turbulência usado, essas suposições são as melhores que você pode obter.

$k–\epsilon$

[2] Um novo modelo de turbulência para fluxos porosos porosos. Parte I: Equações constitutivas e encerramento do modelo - Federico E. Teruel e Rizwan-uddin.