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Communication Dans Un Congrès Année : 2023

Wake effects of large particles in a dry granular flow

Résumé

We show experimentally and numerically that two large particles in a dry granular flow down an incline do interact. The large particles, called tracers, are observed to align in the direction of the flow in all cases. Depending on parameters, the tracers either flow at a defined longitudinal distance, which may be zero (tracers are in contact), or stand as far apart as possible: their interaction can be either attractive or repulsive. A thorough parametric study is performed numerically on the size ratio between the tracers and the small flowing particles and the thickness of the granular flow, as well as on the incline slope and roughness, and the densities of the tracers with respect to the small-particle density. These DEM simulations demonstrate a difference in height of the tracers within the flow, with a tendency for the front tracer to rise and for the back tracer to sink, and the existence of a master curve that links the equilibrium longitudinal distance between the tracers and their height difference in the flow. We show that the wake effects of each large particle on the other, combined with the vertical shear in the flow, control the relative position of the tracers. For polydisperse flows, this may result in internal flow organizations that break the homogeneity of the flow and can be of major interest in natural granular flows or industrial problems.
Nous montrons expérimentalement et numériquement que deux grosses particules dans un écoulement granulaire sec descendant une pente interagissent. On observe que les grosses particules, appelées traceurs, s'alignent dans la direction de l'écoulement dans tous les cas. En fonction des paramètres, les traceurs s'écoulent à une distance longitudinale définie, qui peut être nulle (les traceurs sont en contact), ou se tiennent aussi loin que possible l'un de l'autre : leur interaction peut être attractive ou répulsive. Une étude paramétrique approfondie est réalisée numériquement sur le rapport de taille entre les traceurs et les petites particules en écoulement et l'épaisseur de l'écoulement granulaire, ainsi que sur la pente et la rugosité de l'inclinaison, et les densités des traceurs par rapport à la densité des petites particules. Ces simulations DEM mettent en évidence une différence de hauteur des traceurs dans l'écoulement, avec une tendance à la montée du traceur avant et à la descente du traceur arrière, ainsi que l'existence d'une courbe maîtresse qui relie la distance longitudinale d'équilibre entre les traceurs et leur différence de hauteur dans l'écoulement. Nous montrons que les effets de sillage de chaque grosse particule sur l'autre, combinés au cisaillement vertical de l'écoulement, contrôlent la position relative des traceurs. Pour les écoulements polydispersés, cela peut se traduire par des organisations internes de l'écoulement qui rompent l'homogénéité de l'écoulement et peuvent présenter un intérêt majeur dans les écoulements granulaires naturels ou les problèmes industriels.
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Dates et versions

hal-04693309 , version 1 (10-09-2024)

Identifiants

  • HAL Id : hal-04693309 , version 1

Citer

Nathalie Fraysse, Umberto d'Ortona, Nathalie Thomas. Wake effects of large particles in a dry granular flow. Fluids and Complexity III, Dec 2023, Nice, France. ⟨hal-04693309⟩
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