面向空气分段流高负载 compartments 中颗粒悬浮的物理信息直接数值模拟可行性研究
流体动力学
2025-12-08 v1
摘要
阿基米德管结晶器 (ATC) 采用空气分段流于曲管中，以实现连续结晶的窄分布居留时间。泰勒涡和迈克尔涡驱动该系统中的颗粒悬浮。然而，单向耦合模型无法捕捉在高负载下临床的流体-颗粒反馈。我们提出了基于有限元-虚构边界方法并包含颗粒相互作用硬接触建模的颗粒解析直接数值模拟 (DNS) 框架。对不同颗粒尺寸、固体含量和旋转速度的 L-苯丙氨酸悬浮液进行模拟，并通过实验侧视图成像进行验证。引入三项定量指标——轴向分布、径向指数和垂直不对称性——以分类悬浮制度。DNS 结果再现了实验观察到的流图区域 (绿色、黄色、红色/黄色、红色)，并解析了后端负载和垂直对称性丢失等细微转变。该可行性研究表明，DNS 能可靠预测稠密悬浮行为，为结晶器设计提供了机械学基础。
引用
@article{arxiv.2512.05785,
title = {Feasibility study for physics-informed direct numerical simulation describing particle suspension in high-loaded compartments of air-segmented flow},
author = {Otto Mierka and Raphael Münster and Henrik Julian Felix Bettin and Kerstin Wohlgemuth and Stefan Turek},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.05785},
year = {2025}
}
备注
26 pages, 10 figures, 4 tables