Modeling of collection of non-spherical particle assemblies by liquid droplets under potential flow conditions

Abstract

Küresel olmayan tanecik gruplarının damlacıklar tarafından toplanmasınınmodelleme çalı ması yapılmı tır. Sistem potansiyel akım ko ulları altındaincelenmi tir. Taneciklerin ve damlacıkların etrafındaki akım çizgileri potansiyelakım teorisi yardımı ile çizilmi tir. Aynı zamanda, potansiyel akım teorisi girdap vetürbülans dolayısı ile olu acak karma ık durumların yok sayılması açısındanönemlidir. Taneciklerin salınım ve kendi eksenleri etrafında dönmeleri hesabakatılarak e de er çap varsayımı yapılmı tır. E de er çap varsayımı küresel olmayantanecik grupları için önemli bir yakla ımdır. Taneciklerin toplanması çarpı ma,yapı ma ve içine alma olmak üzere üç alt i lem olarak incelenmi tir. Tanecik vedamlacıkların etkile imlerine sebep olan kuvvetler dı ve iç olmak üzere iki grubaayrılmı tır. Hava akımı sayesinde olu an sürükleyici kuvvet ve yerçekimi kuvveti dıkuvvet grubunu olu tururken; Van der Waals ve elektriksel kuvvetler iç kuvvetleriolu turmaktadır. Bilgisayar simülasyonu sayesinde çarpı ma olasılı ı hesaplanmı vetanecik ve damlacık sayısının ve boyutunun bu olasılık de eri üzerinde etkili oldu ubulunmu tur. Damlacıklara yüzey kimyasallarının eklenmesi ile damlacıkların tozlarıiçine alma olasılı ının arttırılabilece i görülmü tür. Elde edilen model, literatürde yeralan di er modeller ve deneysel bulgular ile benzerlik göstermektedir.

A model, which explains the collection of non-spherical particle assemblies byliquid droplets, was constructed. The system was investigated under potential flowconditions. It was possible to generate the streamlines around the particles anddroplets via potential flow theory. Therefore, the complexity coming from eddies andvorticity was eliminated. Non-spherical particles and agglomerated particles weremodeled using equivalent diameter assumption due to the boundary layer, rotation,and oscillation behaviors of the particles. Collection probability was calculated as afunction of three different collection mechanisms: collision, adhesion, andengulfment. The interaction forces between particles and droplets were divided intotwo groups as external and internal forces. The gravitational force and the drag forcedue to the uniform flow rate caused collection mechanisms. Van der Waals andElectrostatic interactions were investigated in order to explain adhesion and wettingmechanisms. Through simulations, we have found that particle and droplet diameterswere the most influencing parameters on the collision mechanism. The engulfmentpossibility could be increased by adding surfactant to the liquid solution. The resultsof this model showed similarities with the other models in the literature, as well aswith that of the experimental studies.