Methods for determining the drag coefficient at gas injection from the surface of spherical particle | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 76. DOI: 10.17223/19988621/76/5

Methods for determining the drag coefficient at gas injection from the surface of spherical particle

New methods for studying the effect of gas injection from the surface of a solid spherical particle on its drag coefficient in the transient and self-similar regimes of flow around the particle have been presented. An advantage of the proposed methods is the ability to isolate in a pure form the effect of the mass flux from the particle surface (without the effect of other factors, for example, particle acceleration) on the drag coefficient. New results of an experimental study of the effect of air flow blowing on the drag coefficient of a solid perforated sphere in the Reynolds number range Re = 133÷9900 have been presented. It has been shown that the drag coefficient decreases when air is blown from the particle surface. As the Reynolds number Re increases, the drag coefficient CD upon gas injection in the transient flow regime decreases to a certain critical value corresponding to the onset of the self-similar regime. At the onset of the selfsimilar regime (reaching the critical value of CD), the drag coefficient increases with an increase in the Reynolds number and asymptotically tends to a constant value CD = 0.44. However, the opposite effect has been found for a small diameter of the particle (D = 1 cm) at a blowing velocity ue ≥ 1.3 m/s: an increase in the drag coefficient of the particle CD at air efflux from the particle surface in comparison with the drag coefficient value in the absence of gas flow injection (ue = 0 m/s). This is apparently associated with a change in the characteristics of the boundary layer of the particle due to the rearrangement of the flow profile near the spherical particle surface caused by a decrease in its size. An empirical dependence of the drag coefficient of a solid sphere on the ratio of the velocity of injection from the surface of the particle to the velocity of blowing CD = 0.15 + (0.44 - 0.15)/ (1 + 9ū/53.8) (with the coefficient of determination R2 = 0.89) has been obtained for a self-similar particle regime flow. Contribution of the authors: the authors contributed equally to this article. The authors declare no conflicts of interests.

Download file
Counter downloads: 58

Keywords

solid sphere, gas injection, drag coefficient, Reynolds number, transient flow regime, self-similar flow regime, experimental study

Authors

NameOrganizationE-mail
Arkhipov Vladimir A.Tomsk State Universityleva@niipmm.tsu.ru
Basalaev Sergey A.Tomsk State Universitytarm@niipmm.tsu.ru
Perfllieva Ksenia G.Tomsk State Universityk.g.perfiljeva@yandex.ru
Polenchuk Sergey N.Tomsk State University
Usanina Anna S.Tomsk State Universityusaninaanna@mail.ru
Всего: 5

References

Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. М. : Наука, 1987. Ч. 1.
Архипов В.А., Васенин И.М., Усанина А.С., Шрагер Г.Р. Динамическое взаимодействие частиц дисперсной фазы в гетерогенных потоках. Томск : Изд. Дом Том. гос. ун-та, 2019.
Померанцев В.В., Арефьев К.М., Ахмедов Д.Б., Конович М.Н., Корчунов Ю.Н., Рундыгин Ю.А., Шагалова С.Л., Шестаков С.М. Основы практической теории горения. Л. : Энерготомиздат, 1986.
Раушенбах Б.В., Белый С.А., Беспалов И.В., Бородачев В.Я., Волынский М.С., Прудников А.Г. Физические основы рабочего процесса в камерах сгорания воздушно-реактивных двигателей. М. : Машиностроение, 1964.
Асовский В.П. Особенности тушения лесных пожаров вертолетами с использованием подвесных водосливных устройств // Научный вестник МГТУ ГА. Аэромеханика и прочность. 2009. № 138. С. 142-149.
Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. М. : Машино строение, 1994.
Шрайбер А.А. Многофазные полидисперсные течения с переменным фракционным составом дискретных включений // Итоги науки и техники. Комплексные и специальные разделы механики. М. : ВИНИТИ, 1988. Т. 3. С. 3-80.
Никольский Ю.В., Хлопков Ю.И. Теоретическое и экспериментальное исследование обтекания сферы сверхзвуковым потоком малой плотности с учетом конденсации и испарения с поверхности // Ученые записки ЦАГИ. 1989. Т. 20, №. 5. С. 118-122.
Коваль М.А., Стулов В.П., Швец А.И. Экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания затупленных тел с сильным распределенным вдувом // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1978. № 3. С. 84-95.
Глотов О.Г. Горение сферических титановых агломератов в воздухе. I. Экспериментальный подход // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49, № 3. С. 50-57.
Глотов О.Г. Горение сферических титановых агломератов в воздухе. II. Результаты экспериментов // Физика горения и взрыва. 2013. Т. 49, № 3. С. 58-71.
Архипов В.А., Басалаев С.А., Поленчук С.Н., Перфильева К.Г., Юсупов Р.А., Маслов Е.А. Способ определения коэффициента сопротивления сферической частицы при вдуве газа с ее поверхности. Патент 2700728 РФ. G01N 15/10, Опубл. 19.09.2019. Бюл. № 26. С. 13.
Петунин А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока. М. : Машиностроение, 1996.
Архипов В.А., Бинфет Р.Г., Рожин Ю.К., Соболевский В.И. Счетчик газа «СГ-6». Патент РФ № 43023 на промышленный образец. МКПО 10-04, Опубл. 16.12.1996. Бюл. № 12.
Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии. Киев : Наукова думка, 1987.
 Methods for determining the drag coefficient at gas injection from the surface of spherical particle | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 76. DOI: 10.17223/19988621/76/5

Methods for determining the drag coefficient at gas injection from the surface of spherical particle | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2022. № 76. DOI: 10.17223/19988621/76/5

Download full-text version
Counter downloads: 260