Nikolay Ivanov Kolev 
Multiphase Flow Dynamics 3 
Turbulence, Gas Absorption and Release, Diesel Fuel Properties

In order to allow the application of the theory from all the three volumes also to processes in combustion engines a systematic set of internally consistent state equations for diesel fuel gas and liquid valid in broad range of changing pressure and temperature are provided also in Volume 3. Erlangen, October 2006 Nikolay Ivanov Kolev Table of contents 1 Some basics of the single-phase boundary layer theory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1 Flow over plates, velocity profiles, share forces, heat transfer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1. 1 Laminar flow over the one site of a plane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1. 1. 2 Turbulent flow parallel to plane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1. 2 Steady state flow in pipes with circular cross sections. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 1. 2. 1 Hydraulic smooth wall surface. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1. 2. 2 Transition region. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1. 2. 3 Complete rough region. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 1. 2. 4 Heat transfer to fluid in a pipe. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 1. 3 Transient flow in pipes with circular cross sections . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 21 Nomenclature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 2 Introduction to turbulence of multi-phase flows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2. 1 Basic ideas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 2. 2 Isotropy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 2. 3 Scales, eddy viscosity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 3. 1 Small scale turbulent motion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 2. 3. 2 Large scale turbulent motion, Kolmogorov-Pandtl expression. . . . . . . . . 42 2. 4 k-eps framework. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Nomenclature. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 References. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 3 Sources for fine resolution outside the boundary layer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3. 1 Bulk sources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3. 1. 1 Deformation of the velocity field. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3. 1. 2 Blowing and suction. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Table of Content

Some Basics of the Single-Phase Boundary Layer Theory.- to Turbulence of Multi-Phase Flows.- Sources for Fine Resolution Outside the Boundary Layer.- Source Terms for k-eps Models in Porous Structures.- Influence of the Interfacial Forces on the Turbulence Structure.- Particle–eddy Interactions.- Two group k-eps models.- Set of benchmarks for verification of k-eps models in system computer codes.- Simple algebraic models for eddy viscosity in bubbly flow.- Large eddy simulations.- Solubility of O2, N2, H2 and CO2 in Water.- Transient solution and dissolution of gasses in liquid flows.- Thermodynamic and transport properties of diesel fuel.