Velocity autocorrelation function of a dispersion of heavy particles in a turbulent flow: on the effect of interparticle collisions
R. Avilaa,c and M.A. Rodríguez-Mezab,c
a Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de México, Apartado Postal 1405, México D.F., México.
b Instituto de Física, Universidad Autónoma de Puebla, Apartado Postal J-48, 72570 Puebla, México.
c Depto. de Física, Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, Apartado Postal 18-1027, 11801 México D.F., México.
]]>Recibido el 6 de marzo de 2003.
Aceptado el 27 de agosto de 2003.
Abstract
The effect of particle-to-particle interactions on the dispersion and on the velocity auto-correlation function of heavy particles in a turbulent flow, is presented. The inter-particle collision process is based on a direct numerical simulation approach, which requires that all the particles be simultaneously tracked through the flow field. In the first part of the paper, the turbulent characteristics of the velocity of non-colliding heavy particles which disperse in a vertical, nearly isotropic, grid generated decaying turbulence air flow, are presented. In the second part of this investigation, the solid particles are allowed to collide. The numerical predictions confirm the fact that the inter-particle collisions promote a decrease of the lateral particle dispersion, the particle velocity autocorrelation function and the mean lateral velocity of the particles.
Keywords: Particle dispersion; velocity autocorrelation function; turbulent flows.
Resumen
Se presentan los efectos de las interacciones entre partículas sobre la dispersión y sobre la función de auto-correlación de velocidades de partículas pesadas en un flujo turbulento. Los procesos de colisión entre partículas está basado en una simulación numérica directa, que requiere que todas las partículas sean simultáneamente seguidas a través del campo de flujo. En la primera parte del artículo se presentan las características turbulentas de las velocidades de partículas pesadas y sin colisión que se dispersan en un flujo de aire turbulento decayente vertical, casi isótropo y generado por una malla. En la segunda parte de esta investigación se les permite a las partículas sólidas colisionar. Las predicciones numéricas confirman el hecho de que las colisiones entre partículas promueve una disminución de la dispersión lateral de las partículas, de la función de auto correlación de velocidad y de la velocidad media lateral de las partículas.
]]> Descriptores: Dispersión de partículas; función de autocorrelación de velocidades; flujos turbulentos.
PACS: 47.27.Gs; 47.55.Kf; 45.50.Tn
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References
1. T. Tanaka and Y. Tsuji, "Numerical simulation of gas-solid two-phase flow in a vertical pipe: on the effect of inter-particle collision", In Gas-Solid Flows, Vol. 121. Eds. D. E. Stock et al. (ASME FED, 1991) p. 123. [ Links ]
2. B. Oesterle and A. Petitjean, Int. J. Multiphase Flow 19 (1993) 199. [ Links ]
3. A. Berlemont, Z. Chang, and G. Gouesbet, "Simulation of particle collisions in a two phase pipe flow by using multiple particles lagrangian tracking", In Third International Conference on Multiphase Flow, ICMF'98. (Lyon, France, June 8-12, 1998). [ Links ]
4. M. Sommerfeld, "The importance of inter-particle collisions in horizontal gas-solid channel flows", In Gas-Particle Flows, Vol. 228. Eds. D. E. Stock et al. (ASME FED, 1995) p. 335. [ Links ]
5. C. K. K. Lun and H. S. Liu, Int. J. Multiphase Flow 23 (1997) 575. [ Links ]
6. J. Lavieville, O. Simonin, A. Berlemont, and Z. Chang, Validation of inter-particle collision models based on large eddy simulation in gas-solid turbulent homogeneous shear flow. In Proc. of the ASME FED, FEDSM'97. Eds. D. E. Stock et al. (ASME FED, 1997). [ Links ]
7. M. Sommerfeld, "Inter-particle collisions in turbulent flows: A stochastic Lagrangian Model", In Proc. of Turbulence and Shear Flow Phenomena (Santa Barbara, CA, USA, 1999). [ Links ]
8. S. Pfalzner and P. Gibbon, Many-body tree methods in physics (Cambridge University Press, 1997). [ Links ]
9. S. Chapman and T. G. Cowling, The Mathematical Theory of Nonuniform Gases (Cambridge University, Cambridge, 1960). [ Links ]
10. R. Avila, Simulación Numérica de la Dispersión de una Nube de Partículas Sólidas Liberada a la Atmósfera. Doctoral Thesis, División de Estudios de Posgrado Facultad de Ingeniería Universidad Nacional Autónoma de México (1997). [ Links ]
11. G.K. Batchelor, The Theory of Homogeneous Turbulence (Cambridge University Press, London, 1970). [ Links ]
12. W.H. Snyder and J.L. Lumley, J. of Fluid Mech. Part I 48 (1971) 41. [ Links ]
13. A. Nir and L.M. Pismen, J. Fluid Mech. 94 (1979) 369. [ Links ]
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