Características del movimiento incipiente de una partícula desde una pared rugosa en un flujo de cizallamiento de un fluido de Herschel-Bulkley
Autores: Seryakov, Alexander; Ignatenko, Yaroslav; Bocharov, Oleg B.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Características del movimiento incipiente de una partícula desde una pared rugosa en un flujo de cizallamiento de un fluido de Herschel-Bulkley
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Simulación numérica
Herschel-Bulkley
Flujo de cizallamiento
Capa de sedimentación
Fuerza de arrastre
Fuerza de elevación
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se llevó a cabo una simulación numérica del flujo de cizallamiento laminar en estado estacionario de Herschel-Bulkley alrededor de una partícula estacionaria ubicada en una capa de sedimentación. La superficie de la capa de sedimentación estaba formada por hemisferios del mismo radio que la partícula. Se obtuvieron los valores de la fuerza de arrastre, fuerza de elevación y torque en los siguientes rangos: números de Reynolds de cizallamiento para una partícula ReSH=2-200, correspondientes a flujo laminar; índice de ley de potencia n=0.6-1.0; y número de Bingham Bn=0-10. Se muestra una diferencia significativa en las fuerzas y el torque que actúan sobre una partícula en flujo de cizallamiento en comparación con el caso de una pared lisa. Se demuestra que el coeficiente de arrastre es en promedio un 6% más alto en comparación con una pared lisa para un fluido newtoniano, pero disminuye con el aumento de las propiedades no newtonianas. En los valores extremos de n=0.6 y Bn=10, el arrastre es en promedio un 25% más bajo en comparación con la pared lisa. Para un fluido newtoniano, el coeficiente de elevación es en promedio un 30% más alto en comparación con una pared lisa. También disminuye con el aumento de las propiedades no newtonianas del fluido, pero en los valores extremos de n=0.6 y Bn=10, es en promedio solo un 3% más bajo en comparación con la pared lisa. Se construyen funciones de aproximación para el coeficiente de arrastre, fuerza de elevación y torque. Una reducción en la fuerza de arrastre y la fuerza de elevación conduce a un aumento en las tensiones críticas (número de Shields) en la pared en promedio en un 10% para el movimiento incipiente (rodante) y en un 12% para la separación de la partícula de la cama de sedimentación.
Descripción
Se llevó a cabo una simulación numérica del flujo de cizallamiento laminar en estado estacionario de Herschel-Bulkley alrededor de una partícula estacionaria ubicada en una capa de sedimentación. La superficie de la capa de sedimentación estaba formada por hemisferios del mismo radio que la partícula. Se obtuvieron los valores de la fuerza de arrastre, fuerza de elevación y torque en los siguientes rangos: números de Reynolds de cizallamiento para una partícula ReSH=2-200, correspondientes a flujo laminar; índice de ley de potencia n=0.6-1.0; y número de Bingham Bn=0-10. Se muestra una diferencia significativa en las fuerzas y el torque que actúan sobre una partícula en flujo de cizallamiento en comparación con el caso de una pared lisa. Se demuestra que el coeficiente de arrastre es en promedio un 6% más alto en comparación con una pared lisa para un fluido newtoniano, pero disminuye con el aumento de las propiedades no newtonianas. En los valores extremos de n=0.6 y Bn=10, el arrastre es en promedio un 25% más bajo en comparación con la pared lisa. Para un fluido newtoniano, el coeficiente de elevación es en promedio un 30% más alto en comparación con una pared lisa. También disminuye con el aumento de las propiedades no newtonianas del fluido, pero en los valores extremos de n=0.6 y Bn=10, es en promedio solo un 3% más bajo en comparación con la pared lisa. Se construyen funciones de aproximación para el coeficiente de arrastre, fuerza de elevación y torque. Una reducción en la fuerza de arrastre y la fuerza de elevación conduce a un aumento en las tensiones críticas (número de Shields) en la pared en promedio en un 10% para el movimiento incipiente (rodante) y en un 12% para la separación de la partícula de la cama de sedimentación.