Численное исследование влияния граничных условий на расчеты динамики полидисперсной газовзвеси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В работе численно моделируется течение полидисперсной газовзвеси в канале. Несущая среда описывалась как вязкий, сжимаемый, теплопроводный газ. Математическая модель реализовывала континуальную методику динамики многофазных сред, учитывающую взаимодействие несущей среды и дисперсной фазы. Для каждой из компонент смеси решалась полная гидродинамическая система уравнений движения для несущей фазы и фракций дисперсной фазы. Дисперсная фаза состояла из частиц с различными размерами дисперсных включений. Для несущей среды на боковых поверхностях канала задавались однородные граничные условия Дирихле. Для фракций дисперсной фазы граничные условия проскальзывания. Выявлено влияние граничных условий течения несущей среды на динамику фракций газовзвеси.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Д. А. Тукмаков

Казанский научный центр РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: tukmakovda@imm.knc.ru
Россия, Казань

Список литературы

  1. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.: Дрофа, 2003. 784 с.
  2. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.
  3. Стернин Л.Е. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.
  4. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат, 1981. 472 с.
  5. Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра, 2003, 284 с.
  6. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск: Параллель, 2015. 301 c.
  7. Вараксин А.Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // Теплофизика высоких температур. 2020. Т. 58. №4. С. 646–669.
  8. Пахомов М.А., Терехов В.И. Влияние закрутки потока на теплоперенос в газокапельном потоке за внезапным расширением трубы // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56. №3. С. 431–438.
  9. Широкова Е.Н., Садин Д.В. Волновые и релаксационные эффекты при истечении газовзвеси, частично заполняющей цилиндрический канал// Компьют. исслед. и моделир. 2023. Т. 15. №6. С. 1495–1506.
  10. Федоров А.В., Хмель Т.А., Лаврук С.А. Выход гетерогенной детонационной волны в канал с расширением // Горение и взрыв. 2017. Т. 10. №3. С. 58–63.
  11. Волков К.Н. Качественный анализ и численное моделирование движения частицы в канале с проницаемыми стенками с учетом действия массовых сил // ИФЖ. 2013. Т. 86. №6. С. 1212–1218.
  12. Абед А.Х., Щеклеин С.Е., Пахалуев В.М. Теплообмен сферического элемента с водовоздушным потоком аэрозоля в цилиндрическом канале // Теплофиз. и аэромех. 2020. Т. 27. №1. С. 109–119.
  13. Xu Z., Yu X., Han Z., Wang Y. Simulation of particle fouling characteristics with improved modeling on two different tubes // Powder Technol. 2021. V. 382. С. 398–405.
  14. Xiao W., Jin T., Luo K., Dai Q., Fan J. Eulerian–Lagrangian direct numerical simulation of preferential accumulation of inertial particles in a compressible turbulent boundary layer // J. of Fluid Mech. 2020. V. 903. https://doi.org/10.1017/jfm.2020.601
  15. Трусов П.В., Зайцева Н.В., Цинкер М.Ю., Бабушкина А.В. Моделирование течения запыленного воздуха в респираторном тракте // Рос. ж. биомех. 2018. Т. 22. №3. С. 301–314.
  16. Широкова Е.Н. Численное исследование импульсного струйноготечения неоднородной газодисперсной смеси // Физ.-хим. кин. в газ. дин. 2022. Т. 23. №4. С. 72–83.
  17. Земерев Е.С., Малинин В.И. Анализ течения порошково-газовой среды в коническом канале с выпускным отверстием // Вестн. Пермского национального исследовательского политехнич. ун-та. Аэрокосмич. техн. 2016. №47. С. 154–176.
  18. Еникеев И.Х. Математическое моделирование газопылевых течений в сепараторах соплового типа // Теплофиз. и аэромех. 2020. Т. 27. №1. С. 99–108.
  19. Ali S., Waheed K., Qureshi K., Irfan N., Ahmed M., Siddique W., Farooq A. Experimental investigation of aerosols removal efficiency through self-priming Venturi scrubber // Nuclear Enging. &Technol. 2020. V. 52. №10. P. 2230–2237.
  20. Болотнова Р.Х., Гайнуллина Э.Ф. Влияние теплообменных процессов на снижение интенсивности сферического взрыва в водной пене // ПММ. 2019. Т. 83. №3. С. 468–477.
  21. Xiu Z., Nie W., J Yan J., Chen D., Cai P., Liu Q., Du T., Yang B. Numerical simulation study on dust pollution characteristics and optimal dust control air flow rates during coal mine production // J. of Cleaner Prod. 2020. V. 248.
  22. Салахова Э.И., Зинуров В.Э., Харьков В.В., Глухова П.Е., Лавриков В.А., Николаев А.Н. Численное моделирование очистки газа от твердых взвешенных частиц в сепарационном устройстве с вогнутыми отражающими элементами // Научно-технич. Вестн. Поволжья. 2023. №8. С. 10–14.
  23. Ватузов Д.Н. Теоретические предпосылки создания аппаратов очистки воздуха в трубках и щелевых каналах от высокодисперсного капельного аэрозоля // Градостр. и архитектура. 2016. Т. 25. №4. С. 40–43.
  24. Ferreira R., Falco D., Oliveira V., Pinto A. 1D+ 3D two-phase flow numerical model of a proton exchange membrane fuel cell // Appl. Energy. 2017. V. 203. P. 474–495.
  25. Alkhedhair A., Jahn I., Gurgenci H., Guan Z., He S., Lu Y. Numerical simulation of water spray in natural draft dry cooling towers with a new nozzle representation approach // Appl. Thermal Engng. 2016. V. 98. P. 924–935.
  26. Yan X., Zhou Y., Diao H., Gu H., Li Y. Development of mathematical model for aerosol deposition under jet condition // Annals of Nuclear Energy. 2020. V. 142.
  27. Tukmakov A.L. Model of motion and sedimentation of a charged gas suspension in an electric field // J. Engng. Phys.&Thermophys. 2014. vol. 87. no. 1. P. 38–47.
  28. Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Ударно-волновой раздет газовзвесей // Докл. РАН. 2016. Т. 466. №4. С. 418–421.
  29. Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Динамика заряженной газовзвеси с начальным пространственно неравномерным распределением средней плотности дисперсной фазы при переходе к равновесному состоянию // Теплофизика высоких температур. 2017. Т. 55. №4. С. 509–512.
  30. Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния свойств газовой составляющей взвеси твердых частиц на разлет сжатого объема газовзвеси в двухкомпонентной среде // ИФЖ. 2020. Т. 93. №2. С. 304–310.
  31. Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния параметров дисперсных частиц на осаждение твердой фазы электрически заряженной полидисперсной газовзвеси // Изв. Сарат. Ун-та. Новая сер. Сер.: Математика.Механика. Информатика. 2022. Т. 22. №1. С. 90–102.
  32. Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Численное исследование массопереноса дисперсных частиц при прохождении ударной волны по моно- и полидисперсной газовзвеси // ПММ. 2023. Т. 87. №3. С. 461–474.
  33. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. Т. 2. М.: Мир, 1991. 552 c.
  34. Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа // Математическое моделирование. 1993. №3. C. 74–83.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Общая схема моделируемого течения

Скачать (11KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Пространственное распределение вдоль поперечного сечения модуля скорости однородного газа и несущей среды газовзвеси – y (x = L/2), момент времени t = 30 мс

Скачать (11KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Пространственное распределение модуля скорости несущей среды и фракций дисперсной фазы: а) несущая среда; б) фракция d1 = 2 мкм; в) фракция d3 = 8 мкм; г) фракция d5 = 40 мкм

Скачать (52KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Пространственное распределение вдоль поперечного сечения – y (x = L/2) модуля скорости фракций дисперсной фазы газовзвеси, в момент времени t = 30 мс

Скачать (14KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Пространственное распределение вдоль поперечного сечения – y (x = L/2) модуля разности скоростей несущей среды и фракций дисперсной фазы– y (x = L/2), t = 30 мс

Скачать (14KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024