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Experimental determination of droplet collision rates in turbulence

Bordás, Róbert und Roloff, Christoph und Thévenin, Dominique und Shaw, R. A. (2013) Experimental determination of droplet collision rates in turbulence. New Journal of Physics, 15 (4), Seiten 1-31. Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.1088/1367-2630/15/4/045010. ISSN 1367-2630.

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Offizielle URL: http://iopscience.iop.org/1367-2630/15/4/045010/pdf/1367-2630_15_4_045010.pdf

Kurzfassung

Inter-particle collisions in turbulent flows are of central importance for many engineering applications and environmental processes. For instance, collision and coalescence is the mechanism for warm rain initiation in cumulus clouds, a still poorly understood issue. This work presents measurements of droplet–droplet interactions in a laboratory turbulent flow, allowing reproducibility and control over initial and boundary conditions. The measured two-phase flow reproduces conditions relevant to cumulus clouds. The turbulent flow and the droplet size distribution are well characterized, and independently the collision rate is measured. Two independent experimental approaches for determining the collision rate are compared with each other: (i) a highmagnification shadowgraphy setup is employed, applying a deformation threshold as collision indicator. This technique has been specifically adapted to measure droplet collision probability in dispersed two-phase flows. (ii) Corresponding results are compared for the first time with a particle tracking approach, post-processing high-speed shadowgraphy image sequences. Using the measured turbulence and droplet properties, the turbulent collision kernel can be calculated for comparison. The two independent measurements deliver comparable orders of magnitude for the collision probability, highlighting the quality of the measurement process, even if the comparison between both measurement techniques is still associated with a large uncertainty. Comparisons with recently published theoretical predictions show reasonable agreement. The theoretical collision rates accounting for collision efficiency are noticeably closer to the measured values than those accounting only for transport.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/82188/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Published online: 17 April 2013, Paper 045010
Titel:Experimental determination of droplet collision rates in turbulence
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bordás, RóbertInstitute of Fluid Dynamics and Thermodynamics, Otto-von-Guericke-University Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Roloff, ChristophInstitute of Fluid Dynamics and Thermodynamics, Otto-von-Guericke-University Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thévenin, DominiqueInstitute of Fluid Dynamics and Thermodynamics, Otto-von-Guericke-University Magdeburg, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Shaw, R. A.Michigan Technological University, 1400 Townsend Drive, Houghton,NICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2013
Erschienen in:New Journal of Physics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:15
DOI:10.1088/1367-2630/15/4/045010
Seitenbereich:Seiten 1-31
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:1367-2630
Status:veröffentlicht
Stichwörter:laboratory turbulent flow, post-processing high-speed, collision probability, measurement process
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Starrflügler (alt)
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L AR - Starrflüglerforschung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Simulation & Validierung (alt)
Standort: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Aerodynamik und Strömungstechnik > Experimentelle Verfahren
Hinterlegt von: Micknaus, Ilka
Hinterlegt am:27 Mai 2013 16:11
Letzte Änderung:08 Mär 2018 18:47

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