关于自由下落非球形颗粒的阻力

我们提出一个新的通用模型，用于预测在气体或液体中下落的规整与非规整形状非球形固体颗粒的阻力系数，适用于亚临界颗粒雷诺数（即 $Re < 3 \times 10^5$）。结果来自在空气中对 300 个规整与非规整颗粒的实验测量以及对椭球的解析解。依据尺寸大小，非规整颗粒通过 3D 激光扫描仪或 SEM 微 CT 方法精确表征。实验在高度 0.45 至 3.60 m 的沉降柱以及一座 4 m 高的垂直风洞中进行。此外，还考虑了从文献中汇编的 881 个关于规整形状颗粒在液体中下落的额外实验数据点。新关联式基于颗粒雷诺数以及两个定义为颗粒扁平度、伸长率和直径函数的新形状描述符。新形状描述符易于测量，且比球度更易表征。新关联式的平均误差约为 $\sim 10\%$，显著低于现有关联式的误差。还研究了颗粒沉降的其他方面。首先，发现于稠密液体中下落的颗粒，尤其在 $Re>1000$ 时，倾向于以其最大投影面积垂直于下落方向下落，而在气体中其取向随机。其次，发现小规模表面孔隙率与粗糙度对非球形颗粒阻力系数的影响小于 $10\%$。最后，讨论了颗粒取向对阻力系数的影响，并给出了预测因颗粒取向变化引起的阻力系数端元值的附加关联式。