湍流再悬浮过程中自由运动球形颗粒受力的实验研究
流体动力学
2016-10-11 v2
摘要
湍流再悬浮是指利用湍流将固体颗粒从底部扬起的过程，在环境与工业应用中十分普遍。该过程是一系列事件：始于颗粒脱离原位的最初运动，继而在表面滑动或滚动，终于颗粒脱离表面并被抬升进入流场。本研究的焦点在于密度与流体相近、直径与科尔莫戈罗夫长度尺度相当的固体球形颗粒的再悬浮。我们在振荡栅格湍流中追踪其在起升事件过程中的运动。我们同时测量了沿底部光滑壁面自由运动的颗粒以及周围流动示踪粒子的拉格朗日轨迹。基于颗粒运动与局部流动参数，估算了作用于颗粒的不同力项。结果表明：i) 升力占主导；ii) 在此类再悬浮中，作用于自由运动颗粒的阻力影响较小；iii) 巴塞特（历史或黏性非定常）力是不可忽略的分量，并在起升事件前发挥重要作用。尽管我们无法非常精确地估算各力项的大小，但发现再悬浮过程中它们处于浮力大小 倍的范围内。这些发现不能外推至远小于科尔莫戈罗夫长度尺度或远比流体致密的颗粒。然而，当前发现可有助于沉积物输运、颗粒过滤、气力输送以及生物反应器内混合的建模。
引用
@article{arxiv.1510.00879,
title = {Experimental study of forces on freely moving spherical particles during resuspension into turbulent flow},
author = {Hadar Traugott and Alex Liberzon},
journal= {arXiv preprint arXiv:1510.00879},
year = {2016}
}