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Fluid compressibility in a solid-fluid mixture flow

  • This thesis concerns the influence of the fluid compressibility on the flow behavior of granular-fluid mixtures. Experimental results reveal feedback effects between a granular solid's flow behavior and the pore fluid pressure, which can be explained by taking into account the low fluid compressibility. Accordingly, mass and momentum balances for a compressible fluid and an incompressible solid phase are employed in the development of a continuum mixture model. The system of equations is closed with constitutive equations for the simpler case of batch sedimentation. The model is numerically implemented into a discontinuous Galerkin framework. Special boundary conditions are applied to avoid reflections of acoustic waves at the boundaries. The results for steady-state sedimentation agree with an analytical solution. In the beginning of the simulations, dynamic effects are observed that are due to the compressibility of the fluid phase.
  • Diese Dissertation befasst sich mit dem Einfluss der Fluidkompressibilität auf das Fließverhalten granular-fluider Mischungen. Experimentelle Ergebnisse zeigen Kopplungseffekte zwischen dem Fließverhalten eines fluidisierten Granulats und dem Porenfluiddruck, welche durch die geringe Kompressibilität des Porenfluids erklärbar sind. Entsprechend werden Massen- und Impulsbilanzen für ein kompressibles Fluid und eine inkompressible Festkörperphase im Rahmen eines Kontinuums-Mischungsmodells verwendet. Konstitutivgesetze werden zunächst für das einfachere Beispiel eines Sedimentationsprozesses eingesetzt. Das Modell wird numerisch mittels eines diskontinuierlichen Galerkin-Verfahrens implementiert. Spezielle Randbedingungen verhindern die Reflexion akustischer Wellen an den Rändern. Die Resultate für stationäre Sedimentation stimmen mit einer analytischen Lösung überein. Zu Beginn der Simulationen werden dynamische Effekte aufgrund der Kompressibilität der Fluidphase beobachtet.

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Metadaten
Author:Timo T. ReisnerGND
URN:urn:nbn:de:hbz:294-45376
Subtitle (English):Experiments, modeling and numerical application to batch sedimentation
Referee:Holger SteebORCiDGND, Ioana LucaGND
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2016/01/22
Date of first Publication:2016/01/22
Publishing Institution:Ruhr-Universität Bochum, Universitätsbibliothek
Granting Institution:Ruhr-Universität Bochum, Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Date of final exam:2015/09/18
Creating Corporation:Fakultät für Bau- und Umweltingenieurwissenschaften
Tag:Kompressible Strömung; Mathematisches Modell; Sedimenttransport
GND-Keyword:Mehrphasenströmung; Sedimentation; Granulat; Numerisches Verfahren; Fließverhalten
Dewey Decimal Classification:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurbau, Umwelttechnik
Licence (German):License LogoKeine Creative Commons Lizenz - es gelten der Veröffentlichungsvertrag und das deutsche Urheberrecht