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A high-order stabilized solver for the volume averaged Navier-Stokes equations

Toni El Geitani, Shahab Golshan et Bruno Blais

Article de revue (2023)

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Abstract

The volume-averaged Navier-Stokes equations are used to study fluid flow in the presence of fixed or moving solids such as packed or fluidized beds. We develop a high-order finite element solver using both forms A and B of these equations. We introduce tailored stabilization techniques to prevent oscillations in regions of sharp gradients, to relax the Ladyzhenskaya–Babuska–Brezzi inf-sup condition, and to enhance the local mass conservation and the robustness of the formulation. We calculate the void fraction using the particle centroid method. Using different drag models, we calculate the drag force exerted by the solids on the fluid. We implement the method of manufactured solution to verify our solver. We demonstrate that the model preserves the order of convergence of the underlying finite element discretization. Finally, we simulate gas flow through a randomly packed bed and study the pressure drop and mass conservation properties to validate our model.

Mots clés

Département: Département de génie chimique
Centre de recherche: URPEI - Unité de recherche en procédés d'écoulements industriels
Organismes subventionnaires: NSERC
Numéro de subvention: RGPIN-2020-04510
URL de PolyPublie: https://publications.polymtl.ca/52668/
Titre de la revue: International Journal for Numerical Methods in Fluids (vol. 95, no 6)
Maison d'édition: Wiley
DOI: 10.1002/fld.5182
URL officielle: https://doi.org/10.1002/fld.5182
Date du dépôt: 18 avr. 2023 14:58
Dernière modification: 05 nov. 2025 22:01
Citer en APA 7: Geitani, T. E., Golshan, S., & Blais, B. (2023). A high-order stabilized solver for the volume averaged Navier-Stokes equations. International Journal for Numerical Methods in Fluids, 95(6), 1011-1033. https://doi.org/10.1002/fld.5182

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