[논문 리뷰] The effect of discontinuous injection on particle back-flow in pneumatic conveying systems

Otome Obukohwo, Andrew Sowinski외 2명|arXiv (Cornell University)|2026. 01. 10.

Granular flow and fluidized beds인용 수 0

한 줄 요약

본 논문은 CFD-DEM 시뮬레이션을 이용한 사각덕트에서의 불연속 입자 주입 주기가 공압송달에서의 상류 입자 역류에 미치는 영향을 연구한다.

ABSTRACT

Pneumatic conveying is used in many process industries to transport dry, granular, and powdered solids. The triboelectrification of particles during conveying causes particle agglomeration, spark discharges, and disruptions in particle flow, making particles move upstream against the fluid flow. The effect of frequency of particle injection on particle backflow is studied using CFD-DEM simulations. Conveying flow in a square-shaped duct with fluid frictional Reynold's number equal to 180, particle Stokes number equal to 8, and individual particle charge equal to 504 fC, is simulated with different particle injection frequencies. The proportion of particles moving upstream is found to increase as the delay period between injections increases, and the effect of the length of the injection period is minimal. Further, particles moving upstream are situated in low-drag zones at the corners of the duct where the electrostatic force dominates. In conclusion, the delay period between discontinuous injections plays a major role in particle backflow. The findings of the article are important for industrial processes with discontinuous injection of particles with a risk of particle accumulation within the conveying boundary.

연구 동기 및 목표

• 공압송달 시스템에서 마찰전하화와 역류 문제에 대한 이해를 촉진한다.
• 주입 주기와 지연이 상류로 이동하는 입자의 비율에 어떠한 영향을 미치는지 정량화한다.
• 상류 입자가 선호적으로 위치하는 공간 영역을 식별한다.
• 불연속 입자 주입이 있는 산업 공정에 대한 시사점을 평가한다.

제안 방법

• 정사각형 형상의 덕트에서의 공압송달에 대한 CFD-DEM 시뮬레이션.
• 유체 마찰 Reynolds 수를 Re = 180으로 설정한다.
• 입자 Stokes 수 St = 8 및 입자 전하 q = 504 fC로 설정한다.
• 입자 주입 주기를 변화시키고 상류 입자 비율을 측정한다.
• 공간적 분포를 분석하여 전하력에 의해 지배되는 저마찰 영역(모서리)을 식별한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 불연속 주입 간의 지연이 상류로 이동하는 입자 비율에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 주입 기간의 길이가 역류에 유의하게 영향을 미치는가?
• RQ3 덕트의 어느 위치에서 상류 입자가 선호적으로 존재하며 그 이유는 무엇인가?
• RQ4 역류를 일으키는 데 있어 전하력은 유동 항력에 비해 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 주입 간의 지연이 증가함에 따라 상류로 움직이는 입자의 비율이 증가한다.
• 주입 기간의 길이는 역류에 거의 영향을 미치지 않는다.
• 상류로 이동하는 입자들은 저마찰 코너 영역에서 전하력이 우세한 곳에 군집한다.