campo de concentración

la posición relativa de los componentes observados después de un tiempo de mezcla dada puede indicar la forma y la historia de los movimientos que han conducido a esta situación. Por lo tanto, la observación de partículas de color, por ejemplo justo después del inicio de la mezcla es generalmente suficiente para conseguir evaluación cualitativa sobre el mecanismo de mezcla. A partir de análisis macroscópico y microscópico, se pueden sacar conclusiones tanto a gran escala de partículas y de fenómenos de mezcla.

Grandes deformaciones y desplazamientos relativos de las diferentes regiones de las partículas, su fragmentación y barajado corresponden a los resultados de convección y cizallamiento. A partir de los componentes regularmente en capas, las consecuencias de estas acciones son fácilmente observables en modelos físicos bidimensionales. Mapas de distribución espacial de las concentraciones de partículas de tres dimensiones de análisis de las muestras cama es también posible y ofrece información valiosa [15,16]. Este método tiene una gran desventaja, debido a que el muestreo y el análisis destruyen la estructura de la cama de partículas, por lo tanto, no permanece disponible para más experimentos.

La aparición de partículas individuales dentro de las regiones contiguas de otros componentes observable por ejemplo, en fotos microscópicas indica dispersión de partículas, es decir, un mecanismo de tipo difusivo. Deformación simultánea y/o fragmentación de regiones contiguas, junto con dispersión de partículas, consulte compuesto por mecanismos.

Aunque estas observaciones pueden dar una imagen clara de la naturaleza de la mezcla, por desgracia, sólo proporciona información valiosa en la etapa inicial de las operaciones. Otra desventaja es que este conocimiento es más bien cualitativa, es decir, no se expresa cuantitativamente por un parámetro o correlación característica. Sin embargo, existe la posibilidad de obtener información cuantitativa de las disposiciones relativas de los componentes, debido a que el perfil de una estructura de una concentración medida suele conservar la huella del mecanismo dominante durante un largo período de tiempo. Por ejemplo, los saltos macroscópicos afilados a lo largo de un perfil de concentración refieren a esquilar y la convección, mientras que el cambio gradual y tendencioso puede ser el signo de mezcla difusiva. A pesar de que también puede ser la consecuencia de un perfil de velocidad constante causado por convección, las mediciones a lo largo de diversas secciones transversales pueden ayudar a diferenciar estos mecanismos.

Por otro lado, parte, los patrones de concentración regulares indican la mezcla sistemática, Afortunadamente, estas huellas pueden ser reconocidas incluso en etapas avanzadas de la mezcla y pueden ser cuantificados. Por lo tanto, la evaluación de la concentración tiene gran importancia en la evaluación de los mecanismos de la mezcla.

Las huellas de los diferentes mecanismos no siempre son evidentes a primera vista. Por lo tanto, para descubrir información oculta de distintas concentraciones patrones, se deben aplicar técnicas especiales. Para encontrar métodos de evaluación y ponerlos a prueba, patrones especiales de concentración artificiales fueron creados en este estudio, característico de los diferentes mecanismos de mezcla. Por esta razón, simulaciones numéricas fueron llevadas a cabo.

Método de simulación aplicada

Además de la investigación experimental, la mezcla de partículas también puede ser rastreada por simulación. Se han desarrollado métodos sofisticados basados ya sea en euleriano o la filosofía de modelado de Lagrange. El primer método se centra generalmente en fenómenos macroscópicos que ocurren dentro de un sistema de coordenadas fijas, mientras que el segundo tipo de modelo investigar el comportamiento de las partículas individuales en una escala microscópica, a raíz de sus posiciones a lo largo de sus coordenadas cambiantes. Uno de los métodos de desarrollo más dinámico que pertenecen a este último enfoque es la simulación de partículas discretas (DPS), también conocido como el modelado elemento distinto (DEM). Por evaluación estadística de los resultados de simulación de partículas también pueden dar información sobre fenómenos de gran escala. Ambos métodos pueden ser utilizados para investigar, ya sea el campo de velocidad o el campo de concentración dado.

Aparte de estos métodos sofisticados, los experimentos numéricos unidimensionales muy simples se llevaron a cabo en este estudio, para crear varios patrones de concentración artificiales mediante un simple intercambio de partículas. Durante este proceso, se realizaron dos tipos de intercambio para imitar los mecanismos de tipo difusivo y convectivo de mezclado, respectivamente. El objetivo de los patrones de concentración artificiales obtenidos fue probar la aplicabilidad de los diferentes métodos de evaluación en la revelación de las consecuencias de estos mecanismos. Durante estos experimentos numéricos 1000 partículas se tuvieron en cuenta, y se alinearon en una fila. Inicialmente, es decir, en el estado totalmente segregado las primeras 500 partículas fueron consideradas como el primero, y las 500 partículas restantes como el segundo componente. En una serie de experimentos '', estos componentes se sometieron a 'mezcla difusiva' por intercambios al azar de las partículas individuales de ser relativamente cerca una de otra. El lapso y la dirección de un intercambio fueron seleccionados al azar para cada partícula dentro de los límites de 1 a 10 partículas de distancia. Durante una básica "etapa de mezcla”, el número de intersecciones al azar variaba entre 5000 a 50 000 para cada uno de los 1000 partículas, con el fin de simular diferentes tasas de mezcla. En un experimento numérico de 10 a 50 medidas básicas de mezcla se llevaron a cabo y se evaluaron. Se llevó a cabo otra serie de estudios numéricos para investigar los patrones de concentración obtenidos mediante un mecanismo de mezcla convectiva cizalladura. Para este fin, varias secciones de una fila de partículas se desplazan ciertas distancias en cualquier dirección dentro de la fila de partículas. Las longitudes de estas secciones fueron seleccionadas al azar de entre 20 y 250 partículas. Las posiciones iniciales y de destino son también variables aleatorias, permitiendo a cualquiera la ubicación de inicio, la distancia y la dirección de los desplazamientos, teniendo naturalmente la longitud limitada de la fila de partículas en consideración. Las partículas impulsadas hacia fuera de las posiciones fueron transferidas a las plazas gratuitas en las deliberaciones de la ubicación inicial de las secciones desplazadas. Se le permitió Superposición entre las secciones de partida y de destino. Por estos intercambios aleatorios las regiones inicialmente contiguas de componentes se fragmentaron gradualmente en secciones más pequeñas y más pequeños, de manera similar como ocurre con convección real de mezcla de cizalla. El número de estos convectivo de las acciones de una "mezcla" se varió entre 5 y 20, para simular distintos tipos de mezcla.

En una simulación, el número máximo de medidas básicas de mezcla se varió entre 10 y 50. Durante las simulaciones, el estado real de la 'mezcla de partículas' se evaluó después de cada

etapa básica de mezclado 'dividiendo la fila total de partículas en muestras' '. Se calcularon las concentraciones dividiendo el total de partículas en fila "muestras". Se calcularon las concentraciones '' Muestra de la proporción de partículas que pertenecen a diferentes componentes en una muestra. Los patrones de concentración resultantes a lo largo de la serie de muestras después de tiempos dados fueron evaluados por diversos métodos. El objetivo principal era descubrir las huellas dactilares de los diferentes mecanismos de mezcla de los patrones de concentración resultantes, pero además también se estudió la influencia del tamaño de la muestra de las características cuantitativas obtenidas. Además del cálculo usual de las varianzas de concentración, otros métodos de evaluación, a saber, la distribución de frecuencia de concentraciones de la muestra, las funciones de auto-correlación, el análisis fractal, la técnica del espacio de fases, etc., también se utilizaron para evaluar el patrón de concentración.