Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình chiều dài trượt cụ thể cho các điều kiện biên trượt Maxwell trong giải pháp Navier–Stokes cho dòng chảy xung quanh vi hạt trong các chế độ không trượt và trượt
Tóm tắt
Trong trường hợp các hạt vi mô, sự trao đổi động lượng giữa hạt và dòng khí bắt đầu có sự sai lệch so với trường hợp hạt vĩ mô tiêu chuẩn, tức là trường hợp không trượt, khi xảy ra dòng trượt trong trường hợp số Knudsen hạt thấp đến trung bình. Để phát triển các mô hình lực cản mới có hiệu lực trong chế độ dòng trượt cho trường hợp các hạt không hình cầu với hình dạng tùy ý, sử dụng động lực học chất lỏng tính toán, điều kiện không trượt tại bề mặt hạt cần được điều chỉnh để tính đến sự trượt vận tốc tại bề mặt, chủ yếu dưới dạng mô hình trượt Maxwell. Để cho phép một chuyển tiếp liên tục trong điều kiện biên tại tường từ trường hợp không trượt sang các trường hợp trượt cho các chế độ dòng chảy với các giá trị số Knudsen (Kn) khác nhau, một mô hình chiều dài trượt cụ thể mới được đề xuất để sử dụng với các điều kiện biên Maxwell. Mô hình này được phát triển dựa trên dữ liệu từ các nghiên cứu thực nghiệm đã công bố về các tương quan lực cản của hạt vi cầu và các yếu tố sửa đổi trượt dựa trên Cunningham ở điều kiện tiêu chuẩn, và sử dụng một nghiên cứu CFD chi tiết về động lực học vi hạt để xác định các giá trị đúng của chiều dài trượt cụ thể tại các điều kiện số Kn đã chọn. Dữ liệu thu được về chiều dài trượt cụ thể được liên kết bằng một hàm đa thức, dẫn đến mô hình chiều dài trượt cụ thể cho các chế độ không trượt và trượt có thể áp dụng cho các hình dạng hạt lồi tùy ý.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
Liu, H., He, S., Shen, L., Hong, J.: Simulation-based study of COVID-19 outbreak associated with air-conditioning in a restaurant. Phys. Fluids 33, 023301 (2021). https://doi.org/10.1063/5.0040188
Wedel, J., Štrakl, M., Steinmann, P., Hriberšek, M., Ravnik, J.: Can CFD establish a connection to a milder COVID-19 disease in younger people? Comput. Mech. 10, 10 (2021). https://doi.org/10.1007/s00466-021-01988-5
Crowe, C.T., Schwarzkopf, J.D., Sommerfeld, M., Tsuji, Y.: Multiphase Flows with Droplets and Particles. CRC Press, Boca Raton (2011)
Sommerfeld, M., van Wachem, B., Oliemans, R.: ERCOFTAC Best Practice Guidelines: Computational Fluid Dynamics of Dispersed Multi-Phase Flows. ERCOFTAC (2008)
Kuerten, J.: Point-particle DNS and LES of particle-laden turbulent flow—a state-of-the-art review. Flow Turbul. Combust. 97, 689–713 (2016). https://doi.org/10.1007/s10494-016-9765-y
Brenner, H.: The stokes resistance of an arbitrary particle. Chem. Eng. Sci. 18, 1–25 (1963). https://doi.org/10.1016/0009-2509(63)80001-9
Sanjeevi, S.K., Kuipers, J., Padding, J.T.: Drag, lift and torque correlations for non-spherical particles from stokes limit to high Reynolds numbers. Int. J. Multiph. Flow 106, 325–337 (2018). https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2018.05.011
Cunningham, E.: On the velocity of steady fall of spherical particles through fluid medium. Proc. R. Soc. Lond. 83, 357–365 (1910). https://doi.org/10.1098/rspa.1910.0024
Schaaf, S., Chambre, P.: Flow of Rarefied Gases. Princeton University Press, Princeton (1961)
Knudsen, M., Weber, S.: Luftwiderstand gegen die langsame bewegung kleiner kugeln. Ann. Phys. 36, 981–994 (1911)
Allen, M., Raabe, O.: Re-evaluation of Millikan’s oil drop data for the motion of small particles in air. J. Aerosol Sci. 13, 537 (1982)
Allen, M., Raabe, O.: Slip correction measurements of spherical solid aerosol particles in an improved Millikan apparatus. J. Aerosol Sci. Technol. 4, 269 (1985)
Buckley, R., Loyalka, S.: Cunningham correction factor and accommodation coefficient: interpretation of Millikan’s data. J. Aerosol Sci. 20, 347–349 (1989)
Hutchins, D.K., Harper, M.H., Felder, R.L.: Slip correction measurements for solid spherical particles by modulated dynamic light scattering. J. Aerosol Sci. Technol. 22, 202–218 (1995)
Jung, H., Mulholland, G.W., Pui, D.Y., Kim, J.H.: Re-evaluation of the slip correction parameter of certified PSL spheres using a nanometer differential mobility analyzer (NDMA). J. Aerosol Sci. 51, 24–34 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2012.04.005
Rader, D.: Momentum slip correction factor for small particles in nine common gases. J. Aerosol Sci. 21, 161–168 (1990)
Zastawny, M., Mallouppas, G., Zhao, F., van Wachem, B.: Derivation of drag and lift force and torque coefficients for non-spherical particles in flows. Int. J. Multiph. Flow 39, 227–239 (2012). https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2011.09.004
Sun, Q., Xie, F., Zhao, G., Peng, W., Wang, J., Yu, S.: A numerical study on slip correction factor of dust particle in HTGR. Nucl. Eng. Des. 340, 31–39 (2018)
Barber, R., Sun, Y., Gu, X., Emerson, D.: Computational study of thermal dependence of accommodation coefficients in a nano-channel and the prediction of velocity profiles. Vacuum 76, 73–81 (2004). https://doi.org/10.1016/j.vacuum.2004.05.012
Pan, L., Liu, G.: Determination of slip coefficient for rarefied gas flows using direct simulation Monte Carlo. J. Micromech. Microeng. 9, 89–96 (1999)
Guo, Z., Qin, J., Zheng, C.: Generalized second-order slip boundary condition for nonequilibrium gas flows. Phys. Rev. E 89, 013021 (2014). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2016.10.006
Prabha, S.K., Sathian, S.P.: Computational study of thermal dependence of accommodation coefficients in a nano-channel and the prediction of velocity profiles. Comput. Fluids 68, 47–53 (2012). https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2012.07.021
Evans, B.: Nano-particle drag prediction at low Reynolds number using a direct Boltzmann–BGK solution approach. J. Comput. Phys. 352, 123–141 (2018). https://doi.org/10.1016/j.jcp.2017.09.038
Tao, S., Zhang, H., Guo, Z.: Drag correlation for micro spherical particles at finite Reynolds and Knudsen numbers by lattice Boltzmann simulations. J. Aerosol Sci. 103, 105–116 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jaerosci.2016.10.006
Sharipov, F.: Data on the velocity slip and temperature jump on a gas-solid interface. J. Phys. Chem. Ref. Data 40, 023101-1–023101-28 (2011). https://doi.org/10.1063/1.3580290
Stokes, G.: On the effect of the internal friction of fluids on the motion of pendulums. Trans. Camb. Philos. Soc. Part II 9, 8–106 (1851)
Knudsen, M., Weber, S.: Luftwiderstand gegen die langsame bewegung kleiner kugeln. Ann. Phys. 341, 981–994 (1911)
Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E.: Transport Phenomena (Revised 2nd edn.). Wiley (2007)
The kinetic theory of gases. With an introduction to statistical mechanics. By Prof. E. H. Kennard. 1st ed. pp. xiv + 483. London: McGraw-Hill Publishing Co., Ltd., 1938. 30s. J. Soc. Chem. Ind. 57, 901 (1938). https://doi.org/10.1002/jctb.5000573907
Wedel, J., Steinmann, P., Štrakl, M., Hriberšek, M., Ravnik, J.: Risk assessment of infection by airborne droplets and aerosols at different levels of cardiovascular activity. Arch. Comput. Methods Eng. 28, 4297–4316 (2021). https://doi.org/10.1007/s11831-021-09613-7
Andersson, H.I., Jiang, F.: Forces and torques on a prolate spheroid: low-Reynolds-number and attack angle effects. Acta Mech. 230, 431–447 (2019). https://doi.org/10.1007/s00707-018-2325-x
Ouchene, R., Khalij, M., Arcen, B., Tanière, A.: A new set of correlations of drag, lift and torque coefficients for non-spherical particles and large Reynolds numbers. Powder Technol. 303, 33–43 (2016). https://doi.org/10.1016/j.powtec.2016.07.067
OpenFOAM Foundation: OpenFOAM Foundation repository for OpenFOAM version 7 (2020). https://github.com/OpenFOAM/OpenFOAM-7. Accessed 18 Nov 2020
Weller, H.G., Tabor, G., Jasak, H., Fureby, C.: A tensorial approach to computational continuum mechanics using object orientated techniques. Comput. Phys. 12, 620–631 (1998). https://doi.org/10.1063/1.168744
Maxwell, J.: On stresses in rarefied gases arising from inequalities of temperature. Philos. Trans. R. Soc. Part 1(170), 231–256 (1879)
Agrawal, A., Prabhu, S.V.: Survey on measurement of tangential momentum accommodation coefficient. J. Vac. Sci. Technol. A 26, 634–645 (2008). https://doi.org/10.1116/1.2943641
Chew, A.D.: Comment on survey on measurement of tangential momentum accommodation coefficient. J. Vac. Sci. Technol. A 26, 634 (2008)
Oseen, C.: Ueber die stokes’sche formnel und über eine verwandte aufgabe in der hydrodynamik. Arkiv för Matematik Astronomioch Fysik 6, 29 (1910)
Schiller, L., Naumann, A.: Ueber die grundlegende berechnungen bei der schwerkraftausbreitung. Z. Ver. Dtsch. Ing. 77, 318–320 (1933)
Ouchene, R., Khalij, M., Tanière, A., Arcen, B.: Drag, lift and torque coefficients for ellipsoidal particles: from low to moderate particle Reynolds numbers. Comput. Fluids 113, 53–64 (2015). https://doi.org/10.1016/j.compfluid.2014.12.005