Dynamische Simulation der Bewegung von Kapseln in Rohrleitungen

In diesem Papier berichten wir über die Ergebnisse zweidimensionaler Simulationen der Bewegung elliptischer Kapseln, die von einem Poiseuille-Fluss in einem Kanal getragen werden. Die numerische Methode ermöglicht die Berechnung der Kapselbewegung und des Fluidflusses um die Kapsel sowie eine genaue Bewertung der Auftriebskraft und des Moments. Die Ergebnisse zeigen, dass die Bewegung einer Kapsel, die schwerer ist als das tragende Fluid, in drei Phasen zerlegt werden kann: anfängliches Abheben, transiente Oszillationen und stabilen Flug. Das Verhalten der Kapsel während des anfänglichen Abhebens und des stabilen Flugs wird durch die Untersuchung der Druck- und Schubspannungsverteilungen auf der Kapsel analysiert. Der dominierende Mechanismus für die Auftriebskraft und das Moment ist Schmierung oder Trägheit oder eine Kombination aus beiden unter verschiedenen Bedingungen. Die Abhebegeschwindigkeit für die Ellipse in zwei Dimensionen wird mit experimentellen Werten für zylindrische Kapseln in Rohren verglichen. Schließlich werden die Mechanismen des Auftriebs für Kapseln auf fliegende Kerneflüsse angewendet, und es wird argumentiert, dass Inertialkräfte verantwortlich sind für das Schweben schwerer Rohölder, die durch Wasser in einer horizontalen Rohrleitung geschmiert werden.