밀도가 높은 양자성 입자 매체에서 크기 분리 및 흐름의 연속 모델링: 압력 기울기와 전단 변형률 기울기로 인한 분리를 고려하여

크기가 다양한 입자의 밀집 혼합물은 흐름 중에 크기에 따라 분리되는 경향이 있다. 입자 크기 분리는 많은 산업 및 지구 물리학적 과정에 영향을 미치지만, 다양한 기하학적 구조에서 밀집 입자 매체의 분리 동역학과 흐름장을 예측할 수 있는 결합된 연속 모델의 개발은 여전히 어려운 문제이다. 그 이유 중 하나는 입자 크기 분리가 두 가지 주된 힘, 즉 압력 기울기와 전단 변형률 기울기로부터 발생하기 때문이다. 또 다른 이유는 밀집 입자 흐름을 위한 유변학적 구성 방정식과 분리 모델을 통합하는 데에 어려움이 있다. 이 논문에서는 압력 기울기와 전단 변형률 기울기로 인한 분리를 모두 고려하고, 준정적 및 밀집 관성 흐름 영역에서 밀집 입자 매체의 유변학적 모델링과 결합된 연속 모델을 개발한다. 연속 모델을 보정하고 테스트하기 위해, 우리는 두 가지 흐름 기하학에서 밀집 흐름을 가진 이중입자 시스템의 이산 요소 방법(DEM) 시뮬레이션을 수행한다. 이때 두 가지 분리 구동력이 모두 존재하는 경사 평면 흐름과 중력이 있는 평면 전단 흐름을 사용한다. 경사 평면 흐름에서의 정상 상태 DEM 데이터를 활용하여 구와 원판 모두에 대한 압력 기울기 분리 모델의 무차원 재료 매개변수를 결정한다. 이후, 경사 평면 흐름과 중력이 있는 평면 전단 흐름의 다양한 경우에서 연속 모델의 예측을 DEM 데이터와 비교하여 흐름 기하학의 크기, 흐름 속도 및 초기 조건 등을 변경하며 테스트한다. 두 가지 흐름 기하학 모두에서 분리 동역학을 포착하기 위해 두 가지 구동력을 모두 고려하는 것이 중요함을 발견하였다.