Comparison between eulerian and vof models for two-phase flow assessment in vertical pipes

Abstract

espanolRESUMEN La correcta caracterizacion del flujo bifasico se ha vuelto un tema de interes a nivel industrial. La mecanica de fluidos computacional (CFD, por sus siglas en ingles) es una de las tecnicas utilizadas para estos analisis. Comunmente se utiliza en esta herramienta el modelo de volumen de fluido (VOF, por sus siglas en ingles) y modelo Euleriano. La formulacion matematica de estos modelos genera diferencias en su convergencia, exactitud y desempeno computacional. Este trabajo pone en evidencia las diferencias de estos dos modelos para aplicaciones de flujo bifasico en direccion vertical. Con el fin de llevar a cabo este objetivo se debe validar estos modelos con resultados experimentales. En este proyecto se realizo la modelacion de seis experimentos haciendo uso de un mallado tipo ortogonal (mariposa). Como resultado el modelo Euleriano presenta un error cuadratico medio (13.86%) inferior al modelo VOF (19.04%) para flujos con baja fraccion de vacio ( EnglishABSTRACT The appropriate characterization of the two-phase flow has been recently considered as a topic of interest at industrial level. The Computational Fluid Dynamics (CFD) is one of the techniques used for this analysis. Commonly, the Volume Of Fluid (VOF) model and the Eulerian model are used to model the two-phase flow. The mathematical formulations of these models cause differences in their convergence, computational time and accuracy. This article describes the differences between these two models for applications in the two-phase upward-flow. In order to accomplish this objective, the CFD models were validated with experimental results. This study modeled six experiments with an orthogonal (butterfly) grid. As a result, the Eulerian model shows mean square errors (13.86%) lower than the VOF model (19.04%) for low void fraction flows ( portuguesRESUMO Acaracterizacao adequada do escoamento bifasico tem se tornado um assunto de interesse no âmbito industrial. A mecânica dos fluidos computacional (CFD, por suas siglas em ingles) e uma das tecnicas para essas analises. Nesta ferramenta utiliza-se normalmente o modelo de volume de fluido (VOF, por siglas em ingles) e o modelo Euleriano. A formulacao matematica destes modelos gera diferencas na sua convergencia, exatidao e desempenho computacional. Este trabalho destaca as diferencas destes dois modelos para aplicacoes de escoamento bifasico em direcao vertical. Para atingir esse objetivo e preciso validar estes modelos com resultados experimentais. Neste projeto realizou-se a modelagem de seis experimentos empregando uma malha ortogonal. Como resultado, o modelo Euleriano apresenta um erro quadratico medio (13.86%) inferior ao modelo VOF (19.04%) para fluxos com baixa fracao de vazio (