Traducción lenta y rotación de una esfera compuesta paralela a una o dos paredes planas
Autores: Chou, Yu F.; Keh, Huan J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Traducción lenta y rotación de una esfera compuesta paralela a una o dos paredes planas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Investigación
Translacional
Rotacional
Partícula compuesta
Envoltura porosa
Fuerzas hidrodinámicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Se lleva a cabo una investigación semi-analítica para examinar los movimientos translacional y rotacional acoplados de una partícula esférica compuesta (que consiste en un núcleo duro impermeable rodeado por una envoltura porosa permeable) sumergida en un fluido viscoso paralelo a uno o dos límites planos bajo la condición estable de un bajo número de Reynolds. El flujo del fluido se describe utilizando las ecuaciones de Stokes fuera de la envoltura porosa y la ecuación de Brinkman dentro de ella. Se formula una solución general empleando soluciones fundamentales en sistemas de coordenadas esféricas y cartesianas. Las condiciones de contorno en las paredes planas se implementan utilizando el método de transformada de Fourier, mientras que las de los límites interno y externo de la envoltura porosa se aplican mediante una técnica de colocación. Los cálculos numéricos producen resultados de fuerza hidrodinámica y torque con buena convergencia a lo largo de un amplio rango de parámetros físicos. Para validación, se muestra que los resultados correspondientes a una esfera dura impermeable paralela a una o dos paredes planas están en estrecha concordancia con soluciones establecidas en la literatura. La fuerza de arrastre hidrodinámico y el torque experimentados por la partícula compuesta aumentan constantemente con valores más grandes de la relación entre el radio de la partícula y la longitud de permeación de la envoltura porosa, la relación entre el radio del núcleo y el radio total de la partícula, y las separaciones entre la partícula y las paredes. Se ha observado que la influencia de las paredes en el movimiento translacional es significativamente más fuerte que en el movimiento rotacional. Al comparar los movimientos paralelos versus normales a las paredes, los límites planos imponen fuerzas hidrodinámicas más débiles pero torques más fuertes durante los movimientos paralelos. El acoplamiento entre la traducción y la rotación de la esfera compuesta paralela a las paredes exhibe un comportamiento complejo que no varía de manera monótona con los cambios en los parámetros del sistema.
Descripción
Se lleva a cabo una investigación semi-analítica para examinar los movimientos translacional y rotacional acoplados de una partícula esférica compuesta (que consiste en un núcleo duro impermeable rodeado por una envoltura porosa permeable) sumergida en un fluido viscoso paralelo a uno o dos límites planos bajo la condición estable de un bajo número de Reynolds. El flujo del fluido se describe utilizando las ecuaciones de Stokes fuera de la envoltura porosa y la ecuación de Brinkman dentro de ella. Se formula una solución general empleando soluciones fundamentales en sistemas de coordenadas esféricas y cartesianas. Las condiciones de contorno en las paredes planas se implementan utilizando el método de transformada de Fourier, mientras que las de los límites interno y externo de la envoltura porosa se aplican mediante una técnica de colocación. Los cálculos numéricos producen resultados de fuerza hidrodinámica y torque con buena convergencia a lo largo de un amplio rango de parámetros físicos. Para validación, se muestra que los resultados correspondientes a una esfera dura impermeable paralela a una o dos paredes planas están en estrecha concordancia con soluciones establecidas en la literatura. La fuerza de arrastre hidrodinámico y el torque experimentados por la partícula compuesta aumentan constantemente con valores más grandes de la relación entre el radio de la partícula y la longitud de permeación de la envoltura porosa, la relación entre el radio del núcleo y el radio total de la partícula, y las separaciones entre la partícula y las paredes. Se ha observado que la influencia de las paredes en el movimiento translacional es significativamente más fuerte que en el movimiento rotacional. Al comparar los movimientos paralelos versus normales a las paredes, los límites planos imponen fuerzas hidrodinámicas más débiles pero torques más fuertes durante los movimientos paralelos. El acoplamiento entre la traducción y la rotación de la esfera compuesta paralela a las paredes exhibe un comportamiento complejo que no varía de manera monótona con los cambios en los parámetros del sistema.