关于静止流体中多孔颗粒运动不稳定性的实验研究

《AIChE Journal?AIChE》：Experimental study on the path instability of a porous particle in a quiescent fluid

研究通过PTV和PIV实验揭示孔隙颗粒沉降时存在Oblique、S-shaped、Zigzag和Spiral四种典型模式，其概率分别为13%、51%、18%和18%。渗透率升高显著降低路径不稳定性，且渗透性颗粒的终端速度较非渗透性颗粒高。研究表明沉降轨迹稳定性主要由渗透率而非雷诺数控制，为多相系统传质优化提供新依据。

　　

摘要

理解多孔颗粒的运动对于调控多相流和颗粒-流体相互作用至关重要。为了研究颗粒沉降过程中的运动不稳定性，采用了颗粒跟踪测速法（PTV）和颗粒图像测速法（PIV）进行实验。根据二维和三维轨迹特征，识别出四种典型的沉降模式：斜向沉降、S形沉降、之字形沉降和螺旋形沉降。在单颗粒随机释放的条件下，这些模式的出现概率分别为约13%、51%、18%和18%。随着渗透率的增加，运动不稳定性降低，在较高渗透率下，颗粒表现出更稳定的沉降轨迹。在相同的驱动力作用下，多孔颗粒的终端速度高于非多孔颗粒。颗粒运动不稳定性与尾流不对称性相关，主要受渗透率控制而非雷诺数影响，较高的渗透率能够使沉降轨迹更加稳定。这些发现为多孔颗粒（如催化剂）的运动行为提供了新的见解，并为优化颗粒-流体相互作用以及提高多相系统中的质量和热传递效率提供了指导。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。