Lattice Boltzmann simulation on particle suspensions containing porous particles in a narrow channel

格子Boltzmann方法 物理 粒子(生态学) 多孔介质 多孔性 机械 悬挂(拓扑) 沉积作用 斯托克斯数 阻力 材料科学 复合材料 雷诺数 湍流 沉积物 同伦 数学 生物 海洋学 地质学 古生物学 纯数学
作者
Zhitao Li,Shi Tao,Chunhua Zhang,Zhouxia Jia,L. Wang,Gui Lu
出处
期刊:Physics of Fluids [American Institute of Physics]
卷期号:36 (8)
标识
DOI:10.1063/5.0224158
摘要

The suspension of porous particles in fluids occurs widely in various natural and industrial processes. However, the sedimentation behavior of porous particles is not extensively understood as the solid impermeable counterparts. In this work, the drafting–kissing–tumbling (DKT) phenomenon in a narrow channel containing porous particles is investigated by the multi-relaxation-time (MRT) lattice Boltzmann method (LBM). The initial particle spacing Lp* (1.5∼6) and Darcy number Da (8×10−6∼6×10−2) are examined on the sedimentation process of two particles under three initial arrangements, i.e., the trailing particle is porous (case 1), the leading particle is porous (case 2), and both the particles are porous (case 3). The results show that the presence of porous particles can enhance the interactions between two particles, and increasing the penetrability reduces the particle drag force to accelerate sedimentation. The drafting time is insensitive to Da at small Lp*, and it decreases with Da at large Lp* in cases 1 and 3 while it changes to increase with Da in case 2. A phase diagram with respect to Da and Lp* is further extracted to identify three sedimentation modes of particle pairs. It is found that the transition between the one-off DKT and repeated DKT modes is not affected by Lp* in cases 2 and 3, while the critical condition for the non-DKT and one-off DKT modes depends strongly on Da and Lp* in case 2.
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