密度分层流体中高度多孔粒子的扩散限制沉降
流体动力学
2024-09-05 v1
摘要
在分层介质中固体物质的垂直输运是许多环境应用的基础问题，涉及海洋生态系统中碳循环和营养物质输运。本文通过实验、分析和数值模拟研究了在密度分层流体中高度多孔粒子的扩散限制沉降。通过阐明并依赖于质量适应主导水动阻力的扩散限制 regime，我们推导出球体的稳定沉降速度表达式，作为固体密度、尺寸和扩散系数以及背景流体密度梯度的函数。在该 regime 中，较小的颗粒沉降速度更快，与大多数传统水动阻力机制相反。此外，我们概述了一个用于计算该 regime 下任意形状物体稳定沉降速度的通用数学框架，并为一般椭球体计算精确结果。使用水凝胶作为高度多孔的模型系统，我们针对线性分层中参数范围广泛的实验进行了验证。最后，我们展示了预测可用于任意缓慢变化的背景密度轮廓，并演示了如何使用测量的粒子位置随时间变化来重建背景密度轮廓。
引用
@article{arxiv.2409.02419,
title = {Diffusion-limited settling of highly porous particles in density-stratified fluids},
author = {Robert Hunt and Roberto Camassa and Richard M. McLaughlin and Daniel M. Harris},
journal= {arXiv preprint arXiv:2409.02419},
year = {2024}
}