从几乎均匀到核心峰值的悬浮液：运用MRI和DNS揭示悬浮管流的洞察力
摘要：磁共振成像（MRI）实验与直接数值模拟（DNS）相结合，研究了中性浮力粒子悬浮在管道中的流动。流动特性由悬浮液雷诺数（$Re_s$），基于从Eilers关联得到的总体液体速度和悬浮液粘度，总体固体体积分数（$phi_b$）和粒子与管道直径比（$d/D$）来表征。研究了六种不同情况，每种情况下 $Re\_s$ 和 $phi$ 的组合各不相同，而 $d/D$ 保持恒定为0.058。这些情况确保了在不同的流动区域之间进行比较，每个区域都展示出特有的行为。总体上，实验和模拟之间在平均液体速度和固体体积分数剖面上得到了很好的一致性。本研究首次提供了使用实验和数值方法精确和定量地获得半稀至密悬浮流动的速度和体积分数剖面。实验与模拟之间的差异可以通过各种原因来解释，包括粒子尺寸分布的差异、实验参数不确定性作为DNS的输入、模拟中粒子表面粗糙度的微小变化和摩擦碰撞。最终，确定了三种不同的流动区域。对于低总体固体体积分数，观察到了阻力的增加。对于适度的 $phi\_b$，发现阻力减小，这是由于粒子在管道中心的积聚。对于较高的体积分数，发现阻力进一步减小。对于体积分数为0.4的固体，发现了超过25％的阻力减小。这种阻力减小与径向方向上的强粘度梯度有关，其中靠近管道壁的相对较低粘度起到管道壁与密集核心之间的润滑层的作用。
作者：Willian Hogendoorn, Wim-Paul Breugem, David Frank, Martin Bruschewski, Sven Grundmann, and Christian Poelma
论文ID：2308.12100
分类：Fluid Dynamics
分类简称：physics.flu-dyn
提交时间：2023-08-24