Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Động học của các hạt lơ lửng với các hình dạng khác nhau tương tác trong một kênh chất lỏng
Springer Science and Business Media LLC - Trang 1-13 - 2023
Tóm tắt
Hành vi của một hoặc cặp hạt rắn trong dòng chảy hạt đã được phân tích cho các hình dạng hạt khác nhau. Năm hình dạng hạt khác nhau được xem xét bao gồm tam giác, elip, hình chữ nhật, hình vuông và ngôi sao. Kết quả cho mỗi hình dạng được trình bày bằng cách thay đổi hướng của chúng (góc). Các thí nghiệm số được thực hiện cho các cặp hạt rơi sắp va chạm và tương tác với nhau dưới tác động của lực thủy động và trọng lực. Nghiên cứu hiện tại giúp xác định quỹ đạo của các hạt có hình dạng khác nhau và sự tương tác của cặp hạt với nhau trong quá trình lắng đọng trong một kênh chất lỏng. Các lực thủy động tác động lên bề mặt của một hạt rơi đơn đã được tính toán bằng cách sử dụng phương pháp tích phân thể tích tường minh và các kết quả cho hệ số cản và nâng đã được trình bày. Một phương pháp Eulerian với mạng lưới nền cố định đã được sử dụng trong công trình này. Sự tương tác giữa các hạt và chất lỏng đã được xác định bằng phương pháp biên giả tưởng (FBM). Mô hình va chạm do Glowinski và cộng sự đề xuất được sử dụng để xử lý sự tương tác giữa các hạt. Các mô phỏng dòng chảy hạt được thực hiện bằng cách sử dụng bộ giải phần tử hữu hạn đa lưới FEATFLOW.
Từ khóa
#hạt rắn #dòng chảy hạt #tương tác hạt #mô phỏng số #phương pháp biên giả tưởng #lực thủy độngTài liệu tham khảo
Glowinski R, Pan TW, Hesla TI, Joseph DD (1999) A distributed lagrange multiplier/fictitious domain method for particulate flows. Int J Multiph Flow 25(5):755–794
Singh P, Hesla TI, Joseph DD (2003) Distributed Lagrange multiplier method for particulate flows with collisions. Int J Multiph Flow 29(3):495–509
Patankar NA, Singh P, Joseph DD, Glowinski R, Pan TW (2000) A new formulation of the distributed Lagrange multiplier/fictitious domain method for particulate flows. Int J Multiphase Flow 26:1509–1524
Osher S, Fedkiw RP (2001) Level set methods: an overview and some recent results. J Comput Phys 169(2):463–502
Xia Z, Connington KW, Rapaka S, Yue P, Feng JJ, Chen S (2009) Flow patterns in the sedimentation of an elliptical particle. J Fluid Mech 625:249–272
Yokojima S, Takashima R, Asada H, Miyahara T (2021) Impacts of particle shape on sedimentation of particles. Eur J Mech B Fluids 89:323–331
Xiaowu F, Yao Z, Zhang X (2017) Numerical simulation of polygonal particles moving in incompressible viscous fluids. Particuology 31:140–151
Wachs A (2009) A dem-dlm/fd method for direct numerical simulation of particulate flows: sedimentation of polygonal isometric particles in a newtonian fluid with collisions. Comput Fluids 38(8):1608–1628
Pillapakkam SB, Singh P (2001) A level-set method for computing solutions to viscoelastic two-phase flow. J Comput Phys 174(2):552–578
Munjiza A, Owen DRJ, Bicanic N (1995) A combined finite-discrete element method in transient dynamics of fracturing solids. Eng Comput 12:145–174
Mishra BK, Rajamani RK (1992) The discrete element method for the simulation of ball mills. Appl Math Model 16(11):598–604
Potapov Alexander V, Hunt Melany L, Campbell Charles S (2001) Liquid-solid flows using smoothed particle hydrodynamics and the discrete element method. Powder Technol 116(2–3):204–213
Wan D, Turek S (2007) Fictitious boundary and moving mesh methods for the numerical simulation of rigid particulate flows. J Comput Phys 222(1):28–56
Hirt CW, Amsden AA, Cook JL (1974) An arbitrary Lagrangian-Eulerian computing method for all flow speeds. J Comput Phys 14(3):227–253
Maury B (1996) Characteristics ale method for the unsteady 3d Navier–Stokes equations with a free surface. Int J Comput Fluid Dyn 6:175–188
Sarrate J, Huerta A, Donea J (2001) Arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation for fluid-rigid body interaction. Comput Methods Appl Mech Eng 190(24):3171–3188
Hu Howard H, Patankar NA, Zhu MY (2001) Direct numerical simulations of fluid-solid systems using the arbitrary Lagrangian-Eulerian technique. J Comput Phys 169(2):427–462
Maury B (1997) A many-body lubrication model. J Comput Appl Math 325(9):1053–1058
Jabeen S, Usman K, Walayat K (2020) Numerical investigations for a chain of particles settling in a channel. Comput Particle Mech 7(4):615–627
Usman K, Walayat K, Mahmood R, Jabeen S (2022) Wall effects on a falling solid particle in an infinite channel. Fluid Dyn Res 54(1):015514
Zhang N, Zheng ZC (2007) A collision model for a large number of particles with significantly different sizes. J Phys D Appl Phys 40:2603–2616
Sommerfeld M (2001) Validation of a stochastic Lagrangian modelling approach for inter-particle collisions in homogeneous isotropic turbulence. Int J Multiph Flow 27(10):1829–1858
Jabeen S, Usman K, Shahid M (2022) Numerical study of general shape particles in a concentric annular duct having inner obstacle. Comput Particle Mech 9(3):485–497
Usman K (2013) Numerical analysis of collision models in 2d particulate flow. Ph.D. thesis, Technische Universität Dortmund, Fakultät für Mathematik
John V (2002) Higher order finite element methods and multigrid solvers in a benchmark problem for the 3d Navier-Stokes equations. Int J Numer Methods Fluids 40:775–798
Wendt JF (ed) (2009) Computational fluid dynamics. Springer, Berlin
Wan D, Turek S, Rivkind LS (2004) An efficient multigrid fem solution technique for incompressible flow with moving rigid bodies. Numer Math Adv Appl (Miloslav Feistauer, Vit Dolejsi-, Petr Knobloch, and Karel Najzar, eds.), Springer, Berlin, pp 844–853 (English)
Kim SS, Karrila SJ (1991) Microhydrodynamics: principles and selected applications. 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Boston
Usman K, Ali J, Mahmood R, Bilal S, Jabeen S, Asmat J (2020) Study of a falling rigid particle passing around obstacles in a fluid channel. Int J Comput Fluid Dyn 34(9):644–655
Turek S (1998) Featflow finite element software for the incompressible navier-stokes equations: User manual, release 1.1. Tech. report