The Effect of shape and density on the free settling velocity of particles

Abstract

ÖZET PARTİKÜLLERİN SERBEST DÜŞME HIZI ÜZERİNDE ŞEKİL VE ÖZGÜL KÜTLENİN ETKİSİ İPEKÇİ, OSMAN NURİ Yüksek Lisans Tezi, İnşaat Müh. Bölümü Tez Yöneticisi: Assoc. Prof.Dr. Mustafa GÖ?ÜS Eylül, 1987, 146 Sayfa Büyük Reynold sayılarında bir partikülün sürükleme katsayısı, akımın partikül yüzeyinden ayrılması, partikül arkasında çevrintilerin ve dolayısı ile türbülans sınır takabakasının oluşması nedeniyle daima deneysel araştırmalardan elde edilen veriler kullanılarak belirtilir. Bu çalışmanın amacı köşeli partiküllerin şekillerinin ve özgül kütlerinin ve aynı zamanda serbest akım türbülansının bu parti küllerin serbest düşme hızları üzerindeki etkilerini incelemek ve bu vesile ile konu ile ilgili ilave türbülanslı durumlara ait verileri sağlamaktır. Silindir bir kolon içinde suyun önce durgun daha sonra yerçekimi yönünde aşağı doğru ve son olarak yukarı doğru akması dururmlarında, beş değişik malzemeden (farglas, alçı, lastik, karışım ve çimento) yapılan düzgün geometrik şekle (küp, silindir, dikdörtgen ve üçgen prizma) sahip partiküllerin (175 adet ) düşme hızları ölçüldü. -v-Ölçüm zorluğu nedeniyle, partikül yüzey alanıyla ilgili herhangi bir terim içermeyen yeni şekil faktörü oluşturuldu ve partiküle ait yeni karakteristik uzunluk ve akıma dik yönde izdüşüm alanını ifade eden terimler kullanılarak hesaplanan partikül sürükleme kasayısı ve Reynold sayısı, partikülün yoğunluğu ve yeni şekil faktörü göz önüne alınarak incelendi. Deneylerde kullanılan partikül tipleri ve onların yoğunluklarının deşiğim aralığı için regresyon analizi kullanılarak partikül sürükleme katsayısı ve partikül Reynold sayısı datalarını en iyi temsil eden eğriler elde edildi. Çökelme kolonunda akım oluşması halinde partiküllerin çökelme hızları ölçülerek, serbest akım türbülansının partikül sürükleme katsayısı üzerindeki etkisi incelendi. Bilhassa maksimum izdüşüm alanları partikül hareket yönüne dik olarak çökelen üçgen ve dikdörtgen p rizmaların sürükleme katsayılarını türbülans tarafından etkilendiği gösterildi. vı-

ABSTRACT THE EFFECT OF SHAPE AND DENSITY ON THE FREE SETTLING VELOCITY OF PARTICLES İPEKÇİ, OSMAN NURİ M.S. in Civil Engineering Supervisor: Assoc. Prof.Dr. Mustafa GÖ?ÜŞ September, 1987, 146 pages Drag coefficient of a particle is always determined by using the data obtained from experimental investigations for large Reynolds numbers, because of separation of flow, formation of vortices and wakes, and development of turbulent boundary layer. The object of this study was to provide additional turbulent flow data on angular particles and to analyze the effect of their shape and density and, also of free stream turbulence on the free fall velocity. Fall velocities of the particles (175 numbers) having the regular geometric shapes (cube, cylinder, rectangular and triangular prism), that were made of five different materials (fiberglass, lime, rubber, mixture and cement), in a cylindrical column through water which was first at rest, then flowing downward in the direction of gravity and finally upward, were measured. A new shape factor which does not include any term related to the surface area of the particle because of the diff acuities in measuring it, was introduced. Data of particle drag coefficient and Reynolds number based on new projected area and particle characteristic length concepts were analyzed as function of ratio of the densities of particle to fluid and new shape -11X-factor. For particle types and density ranges used in the experiments, best fitting lines to data of drag coefficients v. s particle Reynolds numbers were obtained using regression analysis. The effect of free stream turbulence on the particle drag coefficient was examined by measuring settling velocities of particles in a flow medium in the settling column. It was shown that especially for triangular and rectangular prisms which mainly settle with their maximum projected areas normal to the particle motion, were affected by the turbulence since their fall orientation can easily be disturbed by the turbulence. -IV-