Abstract The present work investigates the role of different treatments of the lower boundary condition on the numerical prediction of bubbly flows. Two different wall function formulations are tested against experimental data obtained for bubbly boundary layers: (i) a new analytical solution derived through asymptotic techniques and (ii) the previous formulation of Troshko and Hassan (IJHMT, 44, 871-875, 2001a). A modified k-e model is used to close the averaged Navier-Stokes equations together with the hypothesis that turbulence can be modelled by a linear superposition of bubble and shear induced eddy viscosities. The work shows, in particular, how four corrections must the implemented in the standard single-phase k-e model to account for the effects of bubbles. The numerical implementation of the near wall functions is made through a finite elements code.

O presente trabalho estuda em detalhe o modelo parietal transiente de Walker et al. (1989, AIAA J., 27, 140-149) para perfis de velocidade em escoamentos turbulentos. Dois novos termos são adicionados ao sistema transcedental não linear de equações que é utilizado para determinar os três principais parâmetros do modelo. Os domínios matemático e físico de validade do modelo são determinados como uma função do parâmetro gradiente de pressão adimensional (p+). Uma parametrização explícita em termos de p+ é apresentada para o período médio entre eventos (), para a origem do tempo () e para a constante de integração (A0) da equação dependente do tempo. Na presente análise, todos os sistemas de equações diferenciais são transformados, resultando em um procedimento computacional rápido que pode ser utilizado para o desenvolvimento de simuladores em tempo real.

The present work studies, in detail, the unsteady wall-layer model of Walker et al. (1989, AIAA J., 27, 140 – 149) for the velocity profile in turbulent flows. Two new terms are included in the transcendental non-linear system of equations that is used to determine the three main model parameters. The mathematical and physical feasible domains of the model are determined as a function of the non-dimensional pressure gradient parameter (p+). An explicit parameterization is presented for the average period between bursts (), the origin of time () and the integration constant of the time dependent equation (A0) in terms of p+. In the present procedure, all working systems of differential equations are transformed, resulting in a very fast computational procedure that can be used to develop real-time flow simulators.