Partikelkollisionsmodellering – en gennemgang

i løbet af de sidste 100 år er der udviklet partikelkollisionsmodeller for en række partikelinertier og bærervæskestrømningsforhold. Modeller til perikinetiske og orthokinetiske kollisioner til enkle, laminære forskydningsstrømme såvel som kollisioner forbundet med differentiel sedimentering er veldokumenterede. Kollisionsmodeller udviklet til turbulente strømningsforhold afgrænses på den ene side med modellen af Saffman og Turner (1956) forbundet med partikler, der udviser nul inerti, og på den anden side med modellen af Abrahamson (1975) for partikelhastigheder, der er fuldstændigt dekorrelaterede fra bærevæskehastighederne. Der er gjort forskellige forsøg på at udvikle universelle kollisionsmodeller, der spænder over hele rækken af inertier i et turbulent strømningsfelt. Det er et godt accepteret faktum, at modeller baseret på en cylindrisk i modsætning til en sfærisk formulering er fejlagtige. Endvidere er kollisionsfrekvensen for partikler, der udviser identiske inertier, ikke ubetydelig. Partikler, der udviser afslapningstider tæt på Kolmogorov-tidsskalaen for den turbulente strømning, er underlagt præferencekoncentration, der kan øge kollisionsfrekvensen med op til to størrelsesordener. I de senere år er den direkte numeriske simulering (DNS) af kolliderende partikler i et turbulent strømningsfelt blevet foretrukket som et middel til at sikre de kollisionsdata, som kollisionsmodellerne er baseret på. Den primære fordel ved den numeriske behandling er bedre kontrol over strømnings-og partikelvariabler samt mere nøjagtige kollisionsstatistikker. Imidlertid, en numerisk behandling placerer en alvorlig begrænsning af størrelsen af den turbulente strømning Reynolds nummer. Den fremtidige udvikling af mere omfattende og nøjagtige kollisionsmodeller vil sandsynligvis holde trit med væksten i beregningsressourcer.