Extending the Existing Modelling Framework for Non-Spherical Particles to Include Flat Plates in Free Fall: An Experimental and Numerical Investigation of the Unsteady Aerodynamics of Flat Plates
Translated title
Udvikling af det eksisterende modelleringsgrundlag for ikke-sfæriske partikler til at inkludere flade plader i frit flad: En eksperimentel og numerisk undersøgelse af den dynamiske aerodynamik i relation til flade plader i frit fald
Authors
Hærvig, Jakob ; Jensen, Anna Lyhne
Term
4. term
Education
Publication year
2014
Submitted on
2014-06-03
Pages
117
Abstract
Mange industrielle processer involverer partikler, der ikke er perfekte kugler. Den præcise form og orientering under bevægelse påvirker stærkt, hvordan de passerer gennem luft eller væske. De fleste nuværende CFD-værktøjer (computersimulering af strømninger) tager ikke fuldt højde for dette og har derfor svært ved at modellere stærkt ikke-sfæriske objekter som flade plader. I dette arbejde undersøger vi kræfter og momenter på en flad plade i frit fald og afprøver den standard Euler-Lagrange-tilgang, som sporer enkelte partikler gennem en strømning. Vi viser, at den eksisterende ramme ikke kan genskabe de faktiske bevægelsesbaner for faldende plader. Med et stort antal CFD-simuleringer udleder vi nye korrelationer for rotationsløft og rotationsmodstand (kræfter, der opstår, når en plade roterer) samt for placeringen af trykcenteret (det effektive punkt, hvor aerodynamiske kræfter angriber). Når disse korrelationer indarbejdes, giver det en model, der forudsiger de faldende pladers baner med høj nøjagtighed. En sammenligning med et regimekort fra litteraturen tyder på, at modellen kan anvendes bredt på mange typer plader. Samlet set udgør arbejdet en markant forbedring af den eksisterende modelleringsramme for flade plader i frit fald.
Many industrial processes involve particles that are not perfect spheres. Their exact shape and orientation strongly influence how they move through air or liquid. Most current computational fluid dynamics (CFD) tools do not fully account for this, so they struggle to model highly non-spherical objects such as flat plates. This thesis examines the forces and torques acting on a flat plate in free fall and tests the standard Euler-Lagrange approach, which tracks individual particles through a flow. We show that the existing framework cannot reproduce the true motion paths of falling plates. Using a large set of CFD simulations, we derive new correlations for rotational lift and rotational drag (forces that arise when a plate spins) and for the location of the center of pressure (the effective point where aerodynamic forces act). Incorporating these correlations yields a model that predicts the trajectories of falling plates with high accuracy. A comparison with a regime map from the literature indicates that the model is generally applicable across a wide range of plates. Overall, the work significantly improves the current modeling framework for flat plates in free fall.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords