This work investigates microbubble dynamics in four-way (with coalescence) coupled microbubble-laden turbulent channel flows. Upward and downward flows of water at a shear Reynolds number of Re τ = 150 are predicted using direct numerical simulation (DNS). Microbubbles, assumed to be non-deformable and spherical, are injected into the water flow and tracked using a Lagrangian approach. One-way and two-way coupled predictions were successfully compared against other available DNS-based results and used to demonstrate different trends in bubble preferential motion, with bubbles pushed by the lift force towards the wall in upflow and towards the centre of the channel in downflow. Four-way coupled simulations with bubble coalescence clearly demonstrate that the presence of the bubbles, and collisions between them, have a non-negligible effect on the fluid phase. Analysis of bubble collision behaviour highlights that binary collisions most frequently occur at very small approach angles and with low relative approach velocities. Once a collision is detected, the occurrence of bubble coalescence is evaluated, with special attention given to the performance of different bubble coalescence models. The film drainage model returns a 100% coalescence efficiency, while on the other hand the energy model returns a 0% coalescence efficiency, with this large discrepancy requiring further investigation and model development. The knowledge gained from the present results on the mechanisms that underpin bubble collisions is of value to the further development of more advanced coalescence closure models.

中文翻译：

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湍流通道流动中的微气泡动力学模拟

这项工作研究了四向（带有聚结）耦合微气泡湍流通道流中的微气泡动力学。使用直接数值模拟 (DNS) 预测在 Re τ = 150 的剪切雷诺数下水的向上和向下流动。假定不可变形的球形微气泡被注入水流并使用拉格朗日方法进行跟踪。单向和双向耦合预测成功地与其他可用的基于 DNS 的结果进行比较，并用于证明气泡优先运动的不同趋势，气泡被升力推向壁向上流和通道中心下流。带有气泡合并的四向耦合模拟清楚地表明气泡的存在以及它们之间的碰撞，对流体相产生不可忽视的影响。气泡碰撞行为的分析表明，二元碰撞最常发生在非常小的接近角和较低的相对接近速度下。一旦检测到碰撞，就会评估气泡合并的发生，特别注意不同气泡合并模型的性能。薄膜排水模型返回 100% 的聚结效率，而另一方面，能量模型返回 0% 的聚结效率，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。气泡碰撞行为的分析表明，二元碰撞最常发生在非常小的接近角和较低的相对接近速度下。一旦检测到碰撞，就会评估气泡合并的发生，特别注意不同气泡合并模型的性能。薄膜排水模型返回 100% 的聚结效率，而另一方面，能量模型返回 0% 的聚结效率，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。气泡碰撞行为的分析表明，二元碰撞最常发生在非常小的接近角和较低的相对接近速度下。一旦检测到碰撞，就会评估气泡合并的发生，特别注意不同气泡合并模型的性能。薄膜排水模型返回 100% 的聚结效率，而另一方面，能量模型返回 0% 的聚结效率，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。一旦检测到碰撞，就会评估气泡合并的发生，特别注意不同气泡合并模型的性能。薄膜排水模型返回 100% 的聚结效率，而另一方面，能量模型返回 0% 的聚结效率，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。一旦检测到碰撞，就会评估气泡合并的发生，特别注意不同气泡合并模型的性能。薄膜排水模型返回 100% 的聚结效率，而另一方面，能量模型返回 0% 的聚结效率，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。而另一方面，能量模型返回的聚结效率为 0%，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。而另一方面，能量模型返回的聚结效率为 0%，这种巨大的差异需要进一步研究和模型开发。从目前的结果中获得的关于支撑气泡碰撞的机制的知识对于进一步开发更先进的聚结闭合模型具有价值。