Влияние ямчатости поверхности на падение давления в однослойной конфигурации сфер при ограниченном потоке

В настоящем исследовании изучается влияние ямчатости поверхности на падение давления в ограниченном однослойном массиве сфер при малом отношении диаметров (D_трубы/D_сферы ≈ 1,17). Используется интегрированный экспериментальный и численно-экспериментальный подход (численное моделирование гидродинамики) для анализа гидравлической эффективности гладких и ямчатых сфер, расположенных в один ряд внутри горизонтальной трубы, в диапазоне отношений межчастичного зазора (δ/D_p = 1,0–2,0) и поверхностных скоростей (U_s = 2–16 м/с). Экспериментальные результаты показывают, что ямчатые сферы последовательно демонстрируют более высокие падения давления по сравнению с гладкими, причём относительное увеличение количественно выражено отношением Ψ = (ΔP/L)_ямчатые/(ΔP/L)_гладкие. Это отношение имеет немонотонную зависимость от U_s, достигая минимума примерно 1,02 при U_s ≈ 9–10 м/с, и систематически уменьшается при увеличении δ/D_p. Нормализация падения давления на частицу (ΔP/N_p) сводит данные к единым степенным зависимостям для каждого типа поверхности, что указывает на то, что вклад отдельной частицы в основном не зависит от плотности упаковки. Повышенное сопротивление для ямчатых сфер объясняется увеличенной площадью поверхности, усилением отрыва потока и более ранним переходом пограничного слоя. Полученные результаты демонстрируют, что текстура поверхности существенно изменяет сопротивление потоку в ограниченных массивах, где доминируют эффекты стенок и близости частиц, что имеет значение для фильтрации, каталитических насадок и течений в узких каналах.