相干结构如何主导气泡尾流中的停留时间:一个实验实例
流体动力学
2019-01-23 v1 化学物理
摘要
在反应性多相流中,混合时标与停留时间对产物选择性可能至关重要。例如当某气体组分被消耗时,如发生具有中等反应动力学、反应时标与相关混合时标相当的竞争连串反应。为指出流体流动细节的重要性,我们通过拉格朗日方法分析来自 Taylor 气泡尾流的实验速度数据。通过调整 Taylor 气泡上升所在通道直径从而改变上升速度,我们得到三种不同尾流态。值得注意的是,在尾流速度场中被平流的被动粒子的归一化停留时间在中度上升速度处出现峰值。这一事实初看似乎有违直觉,因为人们预期整体流率越快,被动示踪物移除也越快。然而,使用有限时间 Lyapunov 指数(FTLE)场和拉格朗日相干结构(LCS)分析的流动拓扑细节揭示出气泡尾流中存在一种非常相干的涡旋模式,解释了长停留时间。涡旋结构内增加的停留时间以及充当恒定气体组分源的紧密气泡界面,可能增强假想竞争连串反应的副产物生成,其中与气体组分的第一个反应形成所需产物,第二个反应形成副产物。
引用
@article{arxiv.1901.07081,
title = {How coherent structures dominate the residence time in a bubble wake: an experimental example},
author = {Alexandra von Kameke and Sven Kastens and Sophie Rüttinger and Sonja Herres-Pawlis and Michael Schlüter},
journal= {arXiv preprint arXiv:1901.07081},
year = {2019}
}
备注
13 pages, 7 figures, 1 table