Particle collision modeling – A review
In den letzten 100 Jahren wurden Teilchenkollisionsmodelle für eine Reihe von Teilchenträgheiten und Trägerfluidströmungsbedingungen entwickelt. Modelle für perikinetische und orthokinetische Kollisionen für einfache, laminare Scherströmungen sowie Kollisionen im Zusammenhang mit differentieller Sedimentation sind gut dokumentiert. Kollisionsmodelle, die für turbulente Strömungsverhältnisse entwickelt wurden, werden einerseits mit dem Modell von Saffman und Turner (1956) abgegrenzt, das mit Teilchen verbunden ist, die keine Trägheit aufweisen, und andererseits mit dem Modell von Abrahamson (1975) für Teilchengeschwindigkeiten, die vollständig von den Trägerfluidgeschwindigkeiten dekorreliert sind. Es wurden verschiedene Versuche unternommen, universelle Kollisionsmodelle zu entwickeln, die den gesamten Bereich der Trägheit in einem turbulenten Strömungsfeld abdecken. Es ist allgemein anerkannt, dass Modelle, die auf einer zylindrischen im Gegensatz zu einer kugelförmigen Formulierung basieren, fehlerhaft sind. Weiterhin ist die Kollisionshäufigkeit von Partikeln mit identischen Trägheiten nicht vernachlässigbar. Partikel, die Relaxationszeiten nahe der Kolmogorov-Zeitskala der turbulenten Strömung aufweisen, unterliegen einer bevorzugten Konzentration, die die Kollisionsfrequenz um bis zu zwei Größenordnungen erhöhen könnte. In den letzten Jahren wurde die direkte numerische Simulation (DNS) von kollidierenden Partikeln in einem turbulenten Strömungsfeld als Mittel zur Sicherung der Kollisionsdaten, auf denen die Kollisionsmodelle basieren, bevorzugt. Der Hauptvorteil der numerischen Behandlung ist eine bessere Kontrolle über Strömungs- und Partikelvariablen sowie genauere Kollisionsstatistiken. Eine numerische Behandlung schränkt jedoch die Größe der Reynolds-Zahl der turbulenten Strömung stark ein. Die zukünftige Entwicklung umfassenderer und genauerer Kollisionsmodelle wird höchstwahrscheinlich mit dem Wachstum der Rechenressourcen Schritt halten.
