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Modelling particle dispersion in three dimensional turbulent duct flow using CFD

Ahmadi Golestan, Maryam (2016). Modelling particle dispersion in three dimensional turbulent duct flow using CFD. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Pour réduire les effets potentiels de l'exposition aux particules d'aérosol sur la santé, il est important d'utiliser un système de ventilation efficace. L'objectif principal de cette étude était d'étudier les effets du rapport d'aspect de conduit (α), du nombre de Reynolds (Re) et du diamètre des particules (dp) sur le comportement des particules et leur dépôt afin de sélectionner le scénario de ventilation le plus efficace. La mécanique des fluides numérique (CFD) a été utilisée pour prédire le modèle d'écoulement d'air et le comportement des particules. Le Code-Saturne a été choisi comme le logiciel CFD. La dispersion des particules et leurs dépôts ont été modélisés par une approche eulérienne-lagrangienne. Un modèle mathématique basé sur les équations de Navier-Stokes moyennées a été choisi pour simuler l’écoulement d'air. Les résultats numériques de simulations d’écoulement d'air obtenus par le Code-Saturne ont été validés en comparant aux résultats numériques et aux résultats des équations empiriques disponibles dans la littérature. Afin de valider la capacité du Code-Saturne à prédire le dépôt des particules, la vitesse de dépôt adimensionnelle de particules ayant entre 0.1 < dp < 10 μm dans un écoulement de canal turbulent 2D a été obtenue par le Code-Saturne et a été comparée aux résultats empiriques. En outre, le pourcentage des particules déposées sur les parois du canal calculé à partir des résultats des simulations a été comparé à celui obtenue par une corrélation disponible dans la littérature.

Pour analyser les résultats des simulations et sélectionner le système de ventilation le plus efficace, le pourcentage des particules déposées sur les surfaces du conduit a été calculé à partir de la concentration moyenne des particules à différentes distances de l'entrée du conduit. Il a été conclu que, pour une taille donnée de particules, les dépôts peuvent être réduits en augmentant le nombre de Reynolds. Nous avons également constaté qu'il est avantageux d'utiliser un conduit avec un plus grand rapport d'aspect pour réduire le dépôt de particules.

Titre traduit

Modélisation de la dispersion des particules dans un écoulement turbulent en conduite tridimensionnelle avec la CFD

Résumé traduit

To reduce the potential health effects of exposure to aerosol particles, it is important to use an effective ventilation system. The main objective of this study was to investigate the effects of the duct aspect ratio (α), Reynolds number (Re) and particle diameter (dp) on the particles behaviour and their deposition in order to select the most effective ventilation scenario. Computational Fluid Dynamic (CFD) was used to predict the airflow pattern and particle behaviour. Code-Saturne was chosen as the CFD software. Particle dispersion and depositions were modelled by an Eulerian-Lagrangian approach. A mathematical model based on the Reynolds Averaged Navier-Stocks equations was chosen to simulate the airflow. The numerical results of airflow simulations obtained by Code-Saturne were compared and validated against numerical results and empirical equations available in the literature. To validate the Code-Saturne capability to predict the particle deposition, the nondimensional deposition velocity of particles with 0.1 < dp < 10 μmin a 2D turbulent channel was obtained by Code-Saturne and was compared with empirical results. Also the percentage of the particles deposited on the channel walls calculated from simulation results was compared with the one obtained by a correlation available in the literature.

To analyze the simulation results and select the most effective ventilation, the percentage of the deposited particles on the duct surfaces was calculated from the average concentration of particles at different distances from the duct inlet. It was concluded that for a given particle size, depositions can be reduced by increasing the Reynolds number. It was also found that itis beneficial to use a duct with larger aspect ratio to reduce the particle deposition.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master's degree with thesis in mechanical engineering". Bibliographie : pages 89-95.
Mots-clés libres: Particules (Matière) Aérosols. Air Écoulement Modèles mathématiques. Conduits d'air. Dynamique des fluides numérique. Nombre de Reynolds. Équations de Lagrange. Équations de Navier-Stokes. Usines Chauffage et ventilation. Particules (Matière) Aspect sanitaire. code, saturne, CFD, simulation, dépôt
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Morency, François
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Hallé, Stéphane
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt: 16 déc. 2016 14:41
Dernière modification: 16 déc. 2016 14:41
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/1764

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