Analysis of supersonic ejector operation : experimental validation and two-phase aspects

Paper presented at the 5th International Conference on Heat Transfer, Fluid Mechanics and Thermodynamics, South Africa, 1-4 July, 2007.This paper deals with comparisons between CFD and experiments for a supersonic ejector. We present good results in terms of entrainment prediction compared to home-made experimental data for an air ejector. Over the whole range of operating conditions, the deviation is below 10%for the k−e model. In addition, a first attempt to tackle two-phase aspects was also performed experimentally and by simulations.cs201

Fast And Accurate Co2 Properties Calculation Algorithm For Massive Numerical Simulations Of Supersonic Two-phase Ejectors

This work presents a look-up table method to compute the thermodynamic properties of CO2. It is motivated by the massive employment of this fluid in the industrial domain, especially in the ejector-expansion cycle. Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations have been used in the past to investigate two-phase ejector flows. CO2 exhibits then large property variations due to phase transition. As a result, it cannot be accurately modelled by a general analytical Equation of State (EoS), such as Peng-Robinson EoS and Perfect gas EoS, etc. Hence, a tabulated EoS is developed here based on the Span-Wagner (EoS), covering the temperature range from 217 to 800 K and pressures up to 50 MPa. Supercritical, liquid, vapor and liquid-vapor states are all included in this tabulated EoS. Besides, the density and the internal energy are chosen as two independent inputs to compute the other properties. The method is designed to be coupled with the system of equations in its conservative form which is a usual formulation for compressible solvers. Through two validation cases, the proposed tabulated EoS shows good performances in terms of accuracy and efficiency, making it suitable for future massive CFD simulations

Modélisation de jets turbulents supersoniques sous-détendus application aux jets de plasma hors équilibre thermodynamique

Cette thèse s'articule autour de deux parties principales. Dans un premier temps une étude numérique sur les jets d'air sous-détendus a été réalisée au moyen du code commercial FLUENT. Ce travail a permis une validation des différents modèles dynamiques, et notamment du modèle de turbulence choisi. En effet, le modèle aux tensions de Reynolds s'est avéré en bon accord avec les mesures disponibles, et a été retenu pour la suite de l'étude.Cette partie s'est également attardée à l'étude du couplage entre la dynamique compressible-turbulence et les transferts d'énergie; il s'agit là d'une originalité du travail car cette voie n'a été que très peu étudiée dans la littérature. La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'élaboration d'un modèle hors équillibre pour un plasma d'argon compressible et à son implantation dans la code FLUENT. Un modèle à deux températures avec une cinétique de ionisation-recombinaison, ainsi que des propriétés physiques basées sur un modèle simplifié de la théorie cinétique ont été implantés. Certains termes, négligés dans des études antérieures, ont été aussi inclus, rendant le modèle plus consistant au sens des écoulements compressibles. Par la suite, les écarts aux équilibres thermique et chimique ont été étudiés pour des jets de plasma sous-détendus et ont révélé quelques inconsistences physiques des modèles LTE. De plus, il est apparu clairement que les déséquilibres thermique et chimique ne doivent pas être systématiquement couplés. Les deux parties essentielles de cette thèse sont présentées sous forme d'articles publiés dans des périodiques avec comité d'évaluation et rédigés en langue anglaise. La première partie sur les jets d'air a fait l'objet d'une publication dans le" American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) Journal" [1], tandis que la seconde partie a été publiée dans le"Journal of Physics D: Applied Physics" [2]

High fidelity simulations in support to assess and improve RANS for modeling turbulent heat transfer in liquid metals: The case of forced convection

This paper attempts to give a brief overview of the work conducted through some recent EU funded projects under the Euratom research for innovative nuclear systems (THINS, SESAME and MYRTE) concerning the use of high fidelity (HiFi) simulations, namely Direct Numerical Simulations (DNS) and Large Eddy Simulations (LES), to adapt Reynolds Averaged Navier-Stokes (RANS) models for the computation of turbulent heat transfer in liquid metal flows.Here the focus is on forced convection only, that prevails in normal reactor operation, through some selected cases performed at UCLouvain, e.g. the channel flow and the impinging jet. The considered RANS approaches are those based on the simple gradient diffusion hypothesis or SGDH, and those based on the algebraic heat flux formulation (AHFM). Among the AHFM models the two possible formulations are assessed, i.e. the explicit form (k-∊-kθ-∊θ of Manservisi and Menghini (2014) still based on the eddy diffusivity concept (gradient diffusion assumption), and the implicit form of the AHFM-NRG which is essentially a recalibration of the reference model of Kenjeres et al. (2005). The Results show the overall superiority of AHFM models, although SGDH-models using the Kay correlation for the turbulent Prandtl number and the dedicated thermal wall-function developed by Duponcheel et al. (2014) provide reasonable results at a much lower effort making them interesting for industrial applications. However further research is undoubtedly required to come closer to more universal models working for a wide range of Prandtl numbers and flow conditions. © 2021 Elsevier B.V