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DOI: http://dx.doi.org/10.7451/CBE.2015.57.3.13
Description:

An experiment was carried out to determine tortuosity and local velocity of airflow through a grain bulk (soybeans) by analyzing digital images of smoke-visualized airflow paths. A 27 × 25 × 2 cm rectangular box made of Plexiglas was used to simulate airflow in grain bins. Coloured smoke was introduced into the test box for flow visualization. Digital images recorded with a high speed camera were analyzed to track the smoke movement frame by frame, based on which airflow paths were constructed and tortuosity and airflow velocities were then determined. Three airflow rates (0.25, 0.45, and 0.60 L/s) and two bulk densities (632 and 755 kg/m3) were tested. The results showed that the tortuosity increased with both bulk density and airflow rate. This meant that tortuosity was not only a geometry-based property varying with the pore structure, but also dependent on flow rate. Tortuosity of the fastest paths was close to that of the shortest path at a lower flow rate. However, at the high flow rate, the tortuosity of the fastest path was close to that of the longest path. This implied that the shortest path was not always the fastest path inside a grain bulk.

Keywords: Tortuosity, Grain bulks, Airflow, Pore structure, Smoke visualization, Image analysis.
Résumé:

Une expérience a été réalisée pour déterminer la tortuosité et la vitesse d’écoulement de l’air dans des grains en vrac (soya). Pour ce faire, des images numériques d’écoulement de fumée ont été analysées. Une boite rectangulaire de 27 x 25 x 2 cm faite de Plexiglas a été utilisée pour simuler l’écoulement de l’air dans les trémies. Une fumée colorée a été introduite dans la boite d’essai pour visualiser l’écoulement. Des images numériques, enregistrées à l’aide d’un appareil photo à haute vitesse, ont été analysées, image par image, pour suivre les parcours d’écoulement de la fumé, la tortuosité et les vitesses de l’air ont ensuite été déterminées. Trois débits d’air (0,25, 0,45 et 0,60 L/s) et deux masses volumiques (632 et 755 kg/m3) ont été testés. Les résultats ont montré que la tortuosité augmentait avec la masse volumique et le débit d’air. La tortuosité n’était donc pas seulement une propriété géométrique variant la structure des pores, mais elle était aussi dépendante du débit. La tortuosité des écoulements les plus rapides était proche de celle du parcours le plus court à un débit plus faible. Cependant, à un débit élevé, la tortuosité de l’écoulement le rapide était plus similaire à celle des parcours le plus long. Par conséquent, l’écoulement d’air le plus rapide dans les grains en vrac ne prenait pas toujours le parcours le plus court.

Mots-clés:

tortuosité, grains en vrac, débit d’air, structure des pores, visualisation par la fumée, analyse d’image.

Citation: Nwaizu, C. and Q. Zhang. 2015. Characterizing tortuous airflow paths in a grain bulk using smoke visualization. Canadian Biosystems Engineering 57: 3.13-3.22.
Volume: 57
Issue: 1
Pages 3.13 - 3.22
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: September 22, 2015
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Other information:
Type: Text.Article
Format: PDF
Publication type: Journal
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Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
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