Centrifuge scaling considerations for fluid-particle systems

Abstract

Two simulations are involved when a centrifuge is used to test models. First, the behaviour of the model in a uniform ngfield is assumed to be similar to that of the prototype. Then the centrifuge is assumed to produce an equivalent nggravitational field. For most static problems, the centrifuge does produce an equivalent ng gravitational field, but for some dynamic problems involving saturated soil these assumptions can break down. When the soil particles and fluid are moving relative to one another, the behaviour in the ngfield is not similar to that in the 1gfield unless the Reynolds number in both conditions is less than unity. Since this is a special circumstance, the centrifugal behaviour is not similar to that of the prototype in most cases. To illustrate this, the similarity requirements are examined for a single particle moving in a fluid. If different fluids are used in the model and prototype, then the difference in densities must also be accounted for. Les essais de modèles dans une centrifugeuse impliquent deux simulations. Premièrement, on suppose que le comportement du modèle dans un champ uniforme ngest similaire à celui du prototype. Ensuite, on admet que la centrifugeuse produit un champ gravitationel équivalent à ng.Dans la plupart des cas, la centrifugeuse produit effectivement un champ gravitationel équivalent à ngmais pour certains problèmes dynamiques concernant des sols saturés ces hypothèses peuvent être erronées. Le comportement à l'intérieur de ce champ n'est analogue à celui de lg que si le nombre de Reynolds est inférieur à l'unité. Le comportement à l'intérieur de la centrifugeuse n'est pas semblable à celui du prototype. Si on utilise différents fluides pour le modèle et le prototype, alors il faut tenir compte de la différence de densité.