Número de Stokes

El número de Stokes (Stk) es un número adimensional utilizado para caracterizar el comportamiento de partículas suspendidas en una corriente de fluido. Corresponde a la relación entre el tiempo característico de una partícula (o gotita) y el tiempo característico de una corriente u obstáculo. Se llama así en honor del matemático y físico irlandés George Gabriel Stokes (1809-1903).

Se define como: donde:

Las partículas con un número de Stokes bajo siguen líneas de flujo de fluido (avvección perfecta), mientras que para un número de Stokes alto la inercia de la partícula domina, de modo que continuará a lo largo de su trayectoria inicial. En el caso del flujo de Stokes, que ocurre cuando el número de Reynolds de la partícula (o gotita) es bastante bajo porque el coeficiente de resistencia aerodinámica de la partícula es inversamente proporcional al mismo número de Reynolds, el tiempo característico de la partícula se puede definir como: dónde: .

En Dinámica de fluidos experimental, el número de Stokes es una medida de la fidelidad del trazador de flujo en experimentos de velocimetría de imágenes de partículas (PIV) donde partículas muy pequeñas son arrastradas a flujos turbulentos y observadas ópticamente para determinar la velocidad y dirección del movimiento del fluido (también conocido como el campo de velocidad del fluido). Para una precisión de seguimiento aceptable, el tiempo de respuesta de las partículas debe ser más rápido que la escala de tiempo de fluido más pequeña. Los números de Stokes más pequeños representan una mejor precisión de seguimiento; para S t k ≫ 1 {\displaystyle \mathrm {Stk} \gg 1} , las partículas se desprenderán de una corriente especialmente cuando la corriente se desacelere bruscamente. Para S t k ≪ 1 {\displaystyle \mathrm {Stk} \ ll 1} , las partículas seguirán De Cerca las líneas de flujo de fluido. Si S t k ≪ 0 , 1 {\displaystyle \mathrm {Stk} \ ll 0, 1} , los errores de precisión de seguimiento están por debajo del 1%. Por ejemplo, la captura selectiva de partículas por una boquilla circular alineada, con paredes delgadas, se expresa por Belyaev y Levin como: donde c {\displaystyle c} es la concentración de partículas, u {\displaystyle u} es la velocidad, y el subíndice 0 indica las condiciones lejos aguas arriba de la boquilla. La distancia característica es el diámetro de la boquilla. Aquí se calcula el número de Stokes: donde V s {\displaystyle V_{s}} es la tasa de caída de la partícula, d {\displaystyle d} es el diámetro interior de los tubos de muestra, y Gram {\displaystyle g} es la aceleración de la gravedad.

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