Měřením smykových napětí na stěně se dlouhodobě zabýváme na našem ústavu v Oddělení vícefázových reaktorů. Jedná se většinou o základní výzkum využívající neinvazivní elektrodifúzní metodu. Na základě výsledků měření pomocí této metody jsme schopni popsat hydrodynamické chování systému v blízkosti pevných povrchů. Aby získaná měřená data byla správně interpretována, je nutné použít správnou teorii schopnou propojit měřený elektrický proud s požadovaným výsledkem ve formě velikosti vektoru smykové rychlosti. Právě zobecněním klasické Lévêquevo teorie, která se běžně používá pro interpretaci dat získaných pomocí elektrodifúzní metody, se zabývá článek docenta Jaromíra Havlici. Daná publikace vyšla v prestižním chemicko-inženýrském časopise International Journal of Heat and Mass Transfer a to ve spolupráci s Univerzitou Jana Evangelisty Purkyně v Ústí nad Labem a Univerzitou Gustava Eiffela ve Francii.
Cílem této práce bylo zobecnit elektrodifuzní teorii pro měření smykového napětí na stěně pomocí elektrod obdélníkového tvaru. Dané zobecnění teorie spočívalo v zavedení předpokladu existence dvou složek smykové rychlosti proudění v blízkosti stěny (tj. axiální a příčné). Obecné analytické vzorce pro efektivní délku přenosu hmoty a bezrozměrný koeficient přenosu hmoty byly odvozeny jako funkce dvou parametrů: bezrozměrného úhlu směru toku kapaliny vzhledem k přední hraně elektrody a poměru stran mezi šířkou a délkou obdélníkové elektrody. Správnost analytických vztahů pro libovolný směr toku a poměr stran elektrody byla potvrzena numerickým řešením konvekčně-difuzní transportní rovnice. Bylo také prokázáno, že rozdíly mezi Lévêquevým řešením (klasická teorie) a námi odvozeným obecným analytickým vzorcem může vykazovat významnou odchylku pro určitý rozsah parametrů. V případě trojrozměrných mezních vrstev má kromě velikosti smykového napětí na stěně zásadní význam směr proudění tekutiny v blízkosti stěny. Proto byla navržena metodika měření využívající dvě sondy s různými poměry stran, na základě které lze získat obě tyto veličiny. Rovněž byly odvozeny výsledné rovnice potřebné pro kvantifikaci velikosti vektoru smykové rychlosti na stěně a bezrozměrného úhlu toku kapaliny.
- J. Havlica, D. Kramolis, F. Huchet: A revisit of the electro-diffusional theory for the wall shear stress measurement. International Journal of Heat and Mass Transfer, Part A, 2021, 165(February 2021), 120610 (10 pp). DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2020.120610
Obrázek: Zobecněné Lévêqueho řešení pro výpočet bezrozměrného koeficientu přenosu hmoty pro obdélníkovou elektrodu jako funkce bezrozměrného úhlu směru toku kapaliny a poměru stran elektrody .