Computational analysis of particle-laden-airflow erosion can help engineers have a better understanding of the erosion process, maintenance and protection of turbomachinery components. We present an integrated method for this class of computational analysis. The main components of the method are the residual-based Variational Multiscale (VMS) method, a finite element particle-cloud tracking (PCT) method with ellipsoidal clouds, an erosion model based on two time scales, and the Solid-Extension Mesh Moving Technique (SEMMT). The turbulent-flow nature of the analysis is addressed with the VMS, the particle-cloud trajectories are calculated based on the time-averaged computed flow field and closure models defined for the turbulent dispersion of particles, and one-way dependence is assumed between the flow and particle dynamics. Because the target-geometry update due to the erosion has a very long time scale compared to the fluid–particle dynamics, the update takes place in a sequence of “evolution steps” representing the impact of the erosion. A scale-up factor, calculated based on the update threshold criterion, relates the erosions and particle counts in the evolution steps to those in the PCT computation. As the target geometry evolves, the mesh is updated with the SEMMT. We present a computation designed to match the sand-erosion experiment we conducted with an aluminum-alloy target. We show that, despite the problem complexities and model assumptions involved, we have a reasonably good agreement between the computed and experimental data.

中文翻译：

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含颗粒气流侵蚀计算分析及实验验证

含颗粒气流侵蚀的计算分析可以帮助工程师更好地了解涡轮机械部件的侵蚀过程、维护和保护。我们为此类计算分析提供了一种集成方法。该方法的主要组成部分是基于残差的变分多尺度 (VMS) 方法、具有椭球云的有限元粒子云跟踪 (PCT) 方法、基于两个时间尺度的侵蚀模型以及实体扩展网格移动技术(SEMMT)。分析的湍流性质通过 VMS 解决，粒子云轨迹是基于为粒子湍流分散定义的时间平均计算流场和闭合模型计算的，并且假设在流动和粒子动力学。由于与流体 - 粒子动力学相比，由于侵蚀引起的目标几何更新具有非常长的时间尺度，因此更新发生在代表侵蚀影响的一系列“进化步骤”中。基于更新阈值标准计算的放大因子将演化步骤中的侵蚀和粒子计数与 PCT 计算中的侵蚀和粒子计数相关联。随着目标几何体的演变，网格会随着 SEMMT 进行更新。我们提出了一个计算，旨在匹配我们对铝合金靶进行的砂蚀实验。我们表明，尽管涉及问题复杂性和模型假设，但我们在计算数据和实验数据之间具有相当好的一致性。更新发生在代表侵蚀影响的一系列“进化步骤”中。基于更新阈值标准计算的放大因子将演化步骤中的侵蚀和粒子计数与 PCT 计算中的侵蚀和粒子计数相关联。随着目标几何体的演变，网格会随着 SEMMT 进行更新。我们提出了一个计算，旨在匹配我们对铝合金靶进行的砂蚀实验。我们表明，尽管涉及问题复杂性和模型假设，但我们在计算数据和实验数据之间具有相当好的一致性。更新发生在代表侵蚀影响的一系列“进化步骤”中。基于更新阈值标准计算的放大因子将演化步骤中的侵蚀和粒子计数与 PCT 计算中的侵蚀和粒子计数相关联。随着目标几何体的演变，网格会随着 SEMMT 进行更新。我们提出了一个计算，旨在匹配我们对铝合金靶进行的砂蚀实验。我们表明，尽管涉及问题复杂性和模型假设，但我们在计算数据和实验数据之间具有相当好的一致性。随着目标几何体的演变，网格会随着 SEMMT 进行更新。我们提出了一个计算，旨在匹配我们对铝合金靶进行的砂蚀实验。我们表明，尽管涉及问题复杂性和模型假设，但我们在计算数据和实验数据之间具有相当好的一致性。随着目标几何体的演变，网格会随着 SEMMT 进行更新。我们提出了一个计算，旨在匹配我们对铝合金靶进行的砂蚀实验。我们表明，尽管涉及问题复杂性和模型假设，但我们在计算数据和实验数据之间具有相当好的一致性。