Течение через засыпные слои: экспериментальная и численная валидация модели течения жидкости Куинна

В настоящем исследовании представлена экспериментальная и численная валидация модели течения жидкости Куинна (QFFM) — новой теоретической схемы для прогнозирования падения давления в засыпных слоях и закрытых каналах. QFFM, выведенная от первых принципов, устанавливает универсальное линейное соотношение между нормализованным безразмерным градиентом давления (PQ) и потоком жидкости (CQ), выражаемое как PQ = k1 + k2CQ. Модель заполняет пробел между эмпирическими корреляциями и моделями с разрешением частиц, предлагая подход как для пустых, так и для заполненных частицами систем. Экспериментальная валидация проводилась с использованием рециркуляционного контура потока с точными измерениями давления и температуры, а численные моделирования выполнялись с применением высокоточной вычислительной гидродинамики (CFD). Численные испытания охватывали широкий диапазон эксплуатационных и конструктивных параметров засыпных слоев для двух типов жидкости: воды и воздуха. Результаты показывают отличное согласие прогнозов QFFM с экспериментальными данными во всех режимах течения — ламинарном, переходном и турбулентном — с расхождениями менее 3,7%. QFFM превосходит традиционные модели, такие как уравнение Эргуна, за счёт внутреннего учета кривизны путей течения (тортуозности) и микромасштабных гидродинамических явлений. Работа подчёркивает потенциал модели для оптимизации промышленных систем на засыпных слоях и предоставляет практический инструмент для инженеров и исследователей.