Sedimentation of a bidispersed cluster of solid spherical particles
A new method for the experimental study of gravitational sedimentation of a polydisperse cluster of solid spherical particles in a viscous fluid is presented. The method is based on the preliminary ultrasonic mixing of the particles in a spherical container and assumes the introduction of a spherical cluster of particles at a given concentration and zero initial velocity into a fluid. This method is used to determine sedimentation characteristics of a bidisperse cluster of particles (steel balls, 2 and 3 mm in diameter) in silicone oil. A qualitative pattern of the cluster evolution, a sedimentation rate, and a drag coefficient are obtained. A comparative analysis of sedimentation characteristics of monodisperse and bidisperse particle clusters is carried out in the range of Reynolds numbers Re = (0.30 ÷ 0.66)-10-3. It is shown that, in contrast to a monodisperse cluster of particles, the drag coefficient of the bidisperse cluster of particles does not correspond to a correlation CD = 24/Rec for the Stokes sedimentation.
Keywords
бидисперсный кластер частиц,
гравитационное осаждение,
коэффициент сопротивления,
экспериментальное исследование,
bidisperse particle cluster,
gravitational sedimentation,
drag coefficient,
experimental studyAuthors
| Arkhipov Vladimir A. | Tomsk State University | leva@niipmm.tsu.ru |
| Basalaev Sergey A. | Tomsk State University | tarm@niipmm.tsu.ru |
| Zolotorev Nikolay N. | Tomsk State University | nikzolotorev@mail.ru |
| Perfilieva Kseniya G. | Tomsk State University | kis33365@yandex.ru |
Всего: 4
References
Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии. Л.: Химия, 1982.
Броунштейн Б.И., Фишбейн Г.А. Гидродинамика, массо- и теплообмен в дисперсных средах. Л.: Химия, 1977.
Васенин И.М., Дьяченко Н.Н., Ёлкин К.Е., Нариманов Р.К. Математическое моделирование двухфазных конвективных течений с малыми частицами // Прикладная механика и техническая физика. 2004. Т. 45. № 6. С. 19-25.
Невский Ю.А., Осипцов А.Н. Моделирование гравитационной конвекции суспензий // Письма в ЖТФ. 2009. Т. 35. № 7. C. 98-105.
Пикущак Е.В., Миньков Л.Л. Влияние поправки Озеена на выражение для скорости оседания мелких частиц в бидисперсной суспензии // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 33. С. 88-95. DOI: 10.17223/19988621/33/9.
Матвиенко О.В., Андропова А.О. Исследование движения частицы в потоке жидкости вблизи подвижной стенке // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2015. № 36. С. 85-92. DOI: 10.17223/19988621/36/10.
Дик И.Г., Миньков Л.Л, Неессе Т. Гидродинамическая модель ускорения седиментации мелких частиц в бидисперсной суспензии // Теплофизика и аэромеханика. 2001. Т. 8. № 2. С. 283-294.
Хоргуани В.Г. О характере и скорости падения системы частиц одинаковых размеров // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1966. Т. 2. № 4. С. 394-401.
Metzger B., Nicolas M., Guazzelli E. Falling clouds of particles in viscous fluids // J. Fluid Mechanics. 2007. V. 580. P. 283-301. DOI: 10.1017/S0022112007005381.
Daniel W.B., Ecke R.E., Subramanian G., Koch D.L. Clusters of sedimenting high-Reynolds-number particles // J. Fluid Mechanics. 2009. V. 625. P. 371-385. DOI: 10.1017/ S002211200900620X
Ekiel-Jezewska M.L., Metzger B., Guazzelli E. Spherical cloud of point particles falling in a viscous fluid // Phys. Fluids. 2006. V. 18. P. 038104-1-038104-2. DOI: 10.1063/1.2186692.
Yin X., Koch D.L. Hindered settling velocity and micro structure in suspensions of solid spheres with moderate Reynolds numbers // Phys. Fluids. 2007. V. 19. P. 093302-1-09330215. DOI: 10.1063/1.2764109.
Anthony J.C. Ladd. Sedimentation of homogeneous suspensions of non-Brownian spheres // Physics of Fluids. 1997. V. 9. No. 3. P. 491-499. DOI 10.1063/1.869212.
Mylyk A., Meile W., Brenn G., Ekiel-Jezewska M.L. Break-up of suspension drops settling under gravity in a viscous fluid close to a vertical wall // Phys. Fluids. 2011. V. 23. P. 063302-1-063302-14. DOI: 10.1063/1.3600660.
Архипов В.А., Усанина А.С. Режимы осаждения консолидированной системы твердых сферических частиц // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2017. № 5. С. 74-85. DOI 10.7868/S0568528117050085.
Архипов В.А., Усанина А.С. Гравитационное осаждение высококонцентрированной системы твердых сферических частиц // Теплофизика и аэромеханика. 2017. Т. 24. № 5. С. 739-750.
Архипов В.А., Басалаев С.А., Перфильева К.Г., Маслов Е.А. Способ исследования осаждения сферического облака полидисперсных твердых частиц в вязкой жидкости // Патент на изобретение РФ № 2703935. Опубл.: 22.10.2019 г. Бюл. № 30.
Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С., Шрагер Г.Р. Динамическое взаимодействие частиц дисперсной фазы в гетерогенных потоках. Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2019.
