PIV EXPERIMENTS ON THE FLOW INDUCED BY A SPHERE SEDIMENTING TOWARDS A SOLID WALL
-
Upload
kees-nieuwstad -
Category
Documents
-
view
320 -
download
2
description
Transcript of PIV EXPERIMENTS ON THE FLOW INDUCED BY A SPHERE SEDIMENTING TOWARDS A SOLID WALL
1
PIV-experimenten aan de stroming veroorzaakt door een bezinkende bol
die een horizontale wand nadert
Kees Nieuwstad
19 januari 2001
Begeleiders: ir. A. ten Cate
dr. ir. J.J. DerksenAfstudeerhoogleraar: prof. dr. ir. H.E.A. van den Akker
2
Overzicht
Deeltjessnelheid: Baanmetingen• Inleiding
Vloeistofsnelheden: PIV-snelheidsveldmetingen
• Experimentele opstelling
• Experimentele opstelling• PIV-theorie
• Samenvatting resultaten
• Resultaten• Conclusies
3
Achtergrond
Simulatie stroming in kristallisator
Kristallen botsen
Opnemen in modellen voor simulaties
Aanpak: simuleer individuele kristallen
4
Inleiding
Krachten: Fg, FArch, Fdrag
1-op-1 vergelijking van gecontroleerde situatie
Bol in doos
Hoe valideren?
Res~10-60
Invloed wand doos?
5
Mijn doelstelling
Meet voor validatie:
baan van bol stromingsveldstromingsveldvan de vloeistofvan de vloeistof
t ( s )
h(m
)
v pv pv p
6
Baanmetingen - Meetopstelling
Naar
vacuüm
Glazen bol
Camera
Elektronische klep
Drukmeter
Glazen plaat
Doos gevuld met vloeistof
p
h x
Kraan Vloeistof:
Glycerol-watermengsel
f
ffs
Dv
µµρ= )(
Re
7
Baanmetingen - Test
8
Baanmetingen - Ruwe meetdata
9
Resultaten - Baanmetingen
5 over elkaar liggende banen: reproduceerbaar experiment
ttt (s)0 0.05 0.15 0.25 0.3
6
8
10
12
13
0 0.05 0.15 0.25 0.30 0.15 0.25 0.3
h/D
Res=74
Vs+=0.29 m/s
Vs=0.34 m/s
Ferreira ‘99
10
Resultaten - Baanmetingen
µρ UD
St s
9
1=
Stc ~ 20
s
c
D
h
Re
1~Gondret ’99:
Res=1.5-18.8
t
0
1
2
3
4
5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
h/D
Res
Stmax = 4.4
vloeistofkrachtenvisceuze
deeltjekrachtentraagheids=
11
Metingen - Ruwe PIV-data
Res=1.5
PIV: Volgen groepjes 10-20 deeltjes
12
Meting - Interrogatie
Volgen van bol: lastig Volg witte bovenkant
Bol: zwart gemaakt
13
Meting - Kruiscorrelatie
t
t+∆t
Voor PIV interrogatie wordt PIVWare (J. Westerweel) gebruikt
Kruis-correlatie PIV
1111
3232
32321200001100001000009000080000700006000050000400003000020000100000
Intensiteit
14
Resultaat - Stationair
Res= 1.5
0 1 2 3 4x(cm)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
y(cm)
5cm/s
15
PIV-criteria
PIV criteria:IHV-verplaatsing < ¼ IG
Snelheidsverschil in IG < 5%
Mijn opstelling
Erg klein: geen probleemUHV-verplaatsing < ¼ sheetsheetdikte
|v|vff||maxmax = 17 cm/s = 17 cm/s
t t+∆t
Laminaire stroming,zie experiment
fcamera,max=250 Hz
16
PIV-Meetopstelling
Nylon deeltje: ρp=1120 kg/m3, dp=15 mm
Vloeistof: siliconen olie
17
15 mm
45 mm
45 mm
32 mm
32 mm
Metingen - Cases
Varieer Res door µf en ρf te veranderen
16 cm
µf
(mPas)
Vandaag: voornamelijk nadering van bodem bak
58
373
3(kg/m
960
970
ρ f
)
32
1.5
Res
Res dan Lf : meetgebied groter
Lage ResHoge Res
18
0
1
2
3
4
5
6
7
8
-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
h/D
(-)
t (s)
Res= 1.5
2 metingen
Resultaat - Reproduceerbaarheid
19
Resultaat - Reproduceerbaarheid
Res= 1.5Twee keer hetzelfde experiment
hbol is ongeveer hetzelfde
1.000.930.860.790.710.640.570.500.430.360.290.210.140.070.00
|v|vff|/v|/vss
0 1 2 3x/D(-)
0
1
2
3
y/D(-)
V1.000.930.860.790.710.640.570.500.430.360.290.210.140.070.00
0 1 2 3x/D(-)
0
1
2
3
y/D(-)
V1.000.930.860.790.710.640.570.500.430.360.290.210.140.070.00
20
Resultaat - Nadering van de wand
Res=1.5
21
0 1 2 3x/D(-)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
y/D(-)
0 1 2 3x/D(-)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3y/D(-)
0 1 2 3x/D(-)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
y/D(-)
Resultaat - Nadering van de wand
.950.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050
|v|vff|/v|/vss
01
Res=1.5
22
0 1 2 3x/D(-)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
y/D(-)
0 1 2 3x/D(-)
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
y/D(-)
Resultaat - Vergelijking
Interessant: • Vloeistofsnelheid
Res=32 Res=1.5 1.000.930.860.790.710.640.570.500.430.360.290.210.140.070.00
|v|vff|/v|/vss
• Plaats van circulatie
23
Resultaat - Tijdreeksen
t (s)
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 1 2 3 4 5
|v|vff|/
v|/vss
Res=32
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0 1 2 3 4 5
t (s)
Res=1.5
1
1
Monitorpunt
0
24
Resultaat - Vergelijking met simulaties
t (s)
Simulaties zijn gedaan door A. ten CateSimulaties zijn gedaan door A. ten Cate
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5
h/D
(-)
Res=1.5-32
Res
25
Resultaat - Vergelijking met simulaties
SimulatieSimulatie MetingMetingRes=32
.950.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050
|v|vff|/v|/vss
01
0 0.5 1 1.5 2x/D(-)
0
1
2
y/D(-)
0.5 1 1.5 2x/D(-)
0
1
2
y/D(-)
V10.950.90.850.80.750.70.650.60.550.50.450.40.350.30.250.20.150.10.050
26
Conclusies
• Kogelbanen en vloeistofsnelheden zijn gemeten
• Tijdschalen en stromingsstructuren hangen sterk van het Reynoldsgetal af
• Dataset voor validatie van simulaties is verkregen
27
Aanbevelingen
• Achter de bol meten. Laat sheet van de zijkant het bakje in komen
• Bepaal zo nauwkeurig mogelijk Stc
• Bestudeer stromingsveld van twee naast elkaar vallende bollen
28
Vragen?