Modeling of slurry flow: The effect of particle size

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Abstract

A system of differential equations to obtain concentration and velocity distributions for quasi-uniform particle slurry flows is presented. Numerical solutions for various flow conditions have been obtained using an explicit algorithm. A “supported load” concept is proposed to explain the type of interaction through contact between solid particles in neighboring layers or between particles and the pipe wall. In the analysis, the relative contributions of terms describing turbulent shear stresses, particle interactions, and mixing effects vary with the dimensions of solid particles.

The approach is tested for four kinds of sand of narrow size distributions (d = .65 mm, .48 mm, .52 mm and 13 mm), flowing with water in pipelines of various diameters (between 50 and 500 mm), at concentrations below 40% by volume. The coefficients used to estimate local parametes of the two-phase model are related to particle diameter. A comparison of numerical predictions and measurements of concentrations, velocities and headlosses shows the applicability of the model and the possibility of extrapolating available experimental results.

Abstract

On présente un système d'équations différentielles pour obtenir la concentration et les distributions des vitesses dans le cas des écoulements de suspensions de particules quasi-uniformes. On a obtenu, au moyen d'un algorithme explicite, des solutions numériques pour diverses conditions d'écoulement. On propose un concept de “charge supportée” pour expliquer le type d'interaction par contact entre les particules solides dans des couches voisines ou entre les particules et la paroi des tubes. Dans l'analyse, les contributions relatives des termes, qui décrivent les contraintes de cisaillement turbulent, les interactions des particules et les effets du mélange, varient avec les dimensions des particules solides.

On a vérifié ce mode d'approche dans le cas de quatre sortes de sables avec des distributions étroites de dimension (d = .165 mm, .48 mm, .52 mm et 13 mm), qui s'écoulaient avec l'eau dans des pipelines de diverse diamètres (variant entre 50 et 500 mm), à des concentrations de moins de 40% en volume. Les coefficients employés pour évaluer les paramètres locaux du modèle a deux phases dépendent du diamètre des particules. Une comparaison des prévisions numériques et des mesures des concentrations, des vitesses et des pertes en te'te indique l'applicabilité du modèle et la possibilité d'extrapoler les résultats expérimentaux disponibles.

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