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Improvements in Turbulent Jet Particle Dispersion Modeling and Its Validation with DNS

Batmaz, Ege und Webner, Florian und Schmeling, Daniel und Wagner, Claus (2025) Improvements in Turbulent Jet Particle Dispersion Modeling and Its Validation with DNS. Atmosphere, 16 (6), Seite 637. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/atmos16060637. ISSN 2073-4433.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.mdpi.com/2073-4433/16/6/637

Kurzfassung

Particle dispersion models (PDMs) are essential to capture the influence of unresolved turbulent eddies on particle transport in computational fluid dynamics (CFD) simulations. However, the validation of these models remains challenging, especially when relying on experimental data or CFD simulations that are based on turbulence models. In this work, we use time-averaged data obtained in a direct numerical simulation (DNS) instead of relying on turbulence models to model particle dispersion. In addition, a new particle dispersion model is presented, referred to as the limited particle–eddy interaction time (LPI) model. For a detailed and systematic evaluation of the new LPI model, we compare its performance with that of other commonly used models, such as the mean particle–eddy interaction time (MPI) model implemented in OpenFOAM® and the randomized particle–eddy interaction time (RPI) model from the literature. The MPI model shows good agreement with the DNS for the largest particles tested (Stokes number, St = 0.2) but exhibits erratic and unphysical trajectories for smaller particles (St ≤ 0.05). To mitigate this erratic behavior, we have adjusted the eddy interaction time in the new LPI model.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/214229/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:This work was supported by the Initiative and Networking Fund of the Helmholtz Association of German Research Centres (HGF) under the CORAERO project (KA1-Co-06). The HPC system CARO is partially funded by the Ministry of Science and Culture of Lower Saxony and the Federal Ministry for Economic Affairs and Climate Action. The authors gratefully acknowledge the scientific support and HPC resources provided by the German Aerospace Center (DLR). The authors would like to thank Annika Köhne for proofreading the manuscript.
Titel:Improvements in Turbulent Jet Particle Dispersion Modeling and Its Validation with DNS
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Batmaz, Egeege.batmaz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9803-0595NICHT SPEZIFIZIERT
Webner, Florianflorian.webner (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schmeling, DanielDaniel.Schmeling (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2712-9974NICHT SPEZIFIZIERT
Wagner, ClausClaus.Wagner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2273-0568NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:23 Mai 2025
Erschienen in:Atmosphere
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.3390/atmos16060637
Seitenbereich:Seite 637
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
NICHT SPEZIFIZIERTMDPINICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
Name der Reihe:Numerical Simulation of Aerosol Microphysical Processes (2nd Edition)
ISSN:2073-4433
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Particle dispersion; model; validation; DNS; exponential smoothing; GANDALF; CORAERO;
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Schienenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V SC Schienenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - RoSto - Rolling Stock
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Bodengebundene Fahrzeuge
Hinterlegt von: Batmaz, Ege
Hinterlegt am:28 Mai 2025 13:40
Letzte Änderung:28 Mai 2025 13:40

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