Межчастичные столкновения в турбулентных двухфазных потоках

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

Рассмотрены проблемы и особенности учета столкновений твердых частиц между собой при исследовании двухфазных потоков. Кратко описаны основы теории межчастичных столкновений. Описаны и проанализированы развитые на сегодняшний день аналитические методы расчета ядер столкновений монодисперсных и бидисперсных частиц в однородной изотропной турбулентности, градиентном турбулентном потоке, а также при совместном действии турбулентности и силы тяжести. Большое внимание уделено описанию методов численного моделирования двухфазных течений, описывающих на различном иерархическом уровне межфазную границу, межфазные взаимодействия и турбулентность несущей сплошной среды.

Авторлар туралы

А. Вараксин

Объединенный институт высоких температур РАН

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: varaksin_a@mail.ru
Ресей, Москва

Әдебиет тізімі

  1. Crowe C., Sommerfeld M., Tsuji Y. (Eds.) Multiphase Flows with Droplets and Particles. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 1998. 471 p.
  2. Varaksin A.Y. Turbulent Particle-laden Gas Flows. N.Y.: Springer, 2007. 210 p.
  3. Michaelides E.E., Crowe C.T., Schwarzkopf J.D. (Eds.) Multiphase Flow Handbook, 2nd ed. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2017. 1396 p.
  4. Вараксин А.Ю. Воздушные торнадоподобные вихри: математическое моделирование // ТВТ. 2017. Т. 55. № 2. С. 291.
  5. Varaksin A.Y., Ryzhkov S.V. Mathematical Modeling of Structure and Dynamics of Concentrated Tornado-like Vortices: A Review // Mathematics. 2023. V. 11. 3293.
  6. Elghobashi S. Particle-laden Turbulent Flows: Direct Simulation and Closure Models // Appl. Sci. Res. 1991. V. 48. P. 301.
  7. Elghobashi S. On Predicting Particle-laden Turbulent Flows // Appl. Sci. Res. 1994. V. 52. Р. 309.
  8. Varaksin A.Y., Ryzhkov S.V. Mathematical Modeling of Gas–Solid Two-phase Flows: Problems, Achievements and Perspectives (A Review) // Mathematics. 2023. V. 11. 3290.
  9. Tanaka T., Tsuji Y. Numerical Simulation of Gas–Solid Two-phase Flow in a Vertical Pipe: on the Effect of Inter-particle Collision // Proc. 4th Int. Symp. Gas–Solid Flows. ASME FED. 1991. V. 121. P. 123.
  10. Yamamoto Y., Potthoff M., Tanaka T., Kajishima T., Tsuji Y. Large-eddy Simulation of Turbulent Gas–Particle Flow in a Vertical Channel: Effect of Considering Inter-particle Collisions // J. Fluid Mech. 2001. V. 442. P. 303.
  11. Varaksin A.Yu. Collisions in Particle-laden Gas Flows. N.Y.: Begell House, 2013. 370 p.
  12. Williams J.J.E., Crane R.I. Particle Collision Rate in Turbulent Flow // Int. J. Multiphase Flow. 1983. V. 9. P. 421.
  13. Yuu S. Collision Rate of Small Particles in a Homogeneous and Isotropic Turbulence // AIChE J. 1984. V. 30. P. 802.
  14. Kruis F.E., Kusters K.A. The Collision Rate of Particles in Turbulent Media // J. Aerosol Sci. 1996. V. 27. Suppl. 1. P. S263.
  15. Derevich I.V. Particle Collisions in a Turbulent Flow // Fluid Dyn. 1996. V. 31. P. 249.
  16. Зайчик Л.И., Алипченков В.М. Статистические модели движения частиц в турбулентной жидкости. М.: Физматлит, 2007. 312 с.
  17. Saffman P.G., Turner J.S. On the Collision of Drops in Turbulent Cloud // J. Fluid Mech. 1956. V. 1. P. 16.
  18. Wang L.-P., Wexler A.S., Zhou Y. On the Collision Rate of Small Particles in Isotropic Turbulence. I. Zero-inertia Case // Phys. Fluids. 1998. V. 10. P. 266.
  19. Wang L.-P., Wexler A.S., Zhou Y. Statistical Mechanical Description and Modelling of Turbulent Collision of Inertial Particles // J. Fluid Mech. 2000. V. 415. P. 117.
  20. Вараксин А.Ю. Столкновения частиц и капель в турбулентных двухфазных потоках // ТВТ. 2019. Т. 57. С. 588.
  21. Varaksin A.Y., Romash M.E., Kopeitsev V.N. Tornado-like Gas–Solid Flow // The 6th Int. Symp. on Multiphase Flow, Heat Mass Transfer and Energy Conversion. AIP Conf. Proc. 2010. V. 1207. P. 342.
  22. Вараксин А.Ю., Ромаш М.Э., Копейцев В.Н. К вопросу управления поведением воздушных смерчей // ТВТ. 2009. Т. 47. № 6. С. 870.
  23. Вараксин А.Ю., Ромаш М.Э., Копейцев В.Н. О возможности воздействия на вихревые атмосферные образования // ТВТ. 2010. Т. 48. № 3. С. 433.
  24. Вараксин А.Ю., Ромаш М.Э., Копейцев В.Н., Горбачев М.А. Моделирование свободных тепловых вихрей: генерация, устойчивость, управление // ТВТ. 2010. Т. 48. № 6. С. 965.
  25. Chapman S., Cowling T.G. The Mathematucal Theory of Non-uniform Gases. Cambridge University Press, 1970. 423 p.
  26. Lun C.K.K., Savage S.B., Jeffrey D.J., Chepurniy N. Kinetic Theories for Granular Flow: Inelastic Particles in Couette Flow a Slightly Inelastic Particles in a General Flow Field // J. Fluid Mech. 1984. V. 140. P. 223.
  27. Ding J., Gidaspow D. A Bubbling Fluidization Model Using Kinetic Theory of Granular Flow // AIChE J. 1990. V. 36. P. 523.
  28. Squires K.D., Eaton J.K. Preferential Concentration of Particles by Turbulence // Phys. Fluids A. 1991. V. 3. № 5. P. 1169.
  29. Вараксин А.Ю. Кластеризация частиц в турбулентных и вихревых двухфазных потоках // ТВТ. 2014. Т. 52. № 5. С. 777.
  30. Varaksin A.Y., Ryzhkov S.V. Vortex Flows with Particles and Droplets (A Review) // Symmetry. 2022. V. 11. 2016.
  31. Abrahamson J. Collision Rate of Small Particles in a Vigorously Turbulent Fluid // Chem. Eng. Sci. 1975. V. 30. P. 1371.
  32. Lavieville J., Deutsch E., Simonin O. Large Eddy Simulation of Interactions between Colliding Particles and a Homogeneous Isotropic Turbulence Field // Proc. 6th Int. Symp. on Gas-Particle Flows. ASME FED. 1995. V. 228. P. 347.
  33. Lavieville J., Simonin O., Berlemont A., Chang Z. Validation of Inter-particle Collision Models Based on Large Eddy Simulation in Gas-solid Turbulent Homogeneous Shear Flow // Proc. 7th Int. Symp. on Gas-particle Flows, ASME Fluids Eng. Division Summer Meeting. 1997. FEDSM97-3623.
  34. Zaichik L.I., Simonin O., Alipchenkov V.M. Two Statistical Models for Predicting Collision Rates of Inertial Particles in Homogeneous Isotropic Turbulence // Phys. Fluids. 2003. V. 15. № 10. P. 2995.
  35. Монин А.С., Яглом А.М. Статистическая гидромеханика. Ч. 2. М.: Наука, 1967. 720 с.
  36. Алипченков В.М., Зайчик Л.И. Частота столкновений частиц в турбулентном потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2001. № 4. С. 93.
  37. Smoluchowski M.V. Versuch Einer Matematischen Theorie der Koagulationskinetik Kolloider Losungen // Zeit. Phys. Chem. 1917. V. 92. P. 129.
  38. Fede P., Simonin O. Modelling of Kinetic Energy Transfer by Collision of a Non-Settling Binary Mixture of Particles Suspended in a Turbulent Homogeneous Isotropic Flow // Proc. 4th ASME-JSME Joint Fluids Eng. Conf. 2003. FEDSM2003-45735.
  39. Зайчик Л.И., Симонин О., Алипченков В.М. Столкновения бидисперсных частиц в условиях изотропной турбулентности // ТВТ. 2005. Т. 43 № 3. С. 408.
  40. Gourdel C., Simonin O., Brunier E. Two-maxwellian Equilibrium Distribution Function for the Modeling of a Binary Mixture of Particles // Proc. 6th Int. Conf. on Circulating Fluidized Beds. 1999. P. 205.
  41. Dodin Z., Elperin T. On the Collision Rate in Turbulent Flow with Gravity // Phys. Fluids. 2002. V. 14. № 8. P. 2921.
  42. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков с твердыми частицами, каплями и пузырями // ТВТ. 2023. Т. 61. № 6. С. 926.
  43. Pakhomov M.A., Protasov M.V., Terekhov V.I., Varaksin A.Yu. Experimental and Numerical Investigation of Downward Gas-dispersed Turbulent Pipe Flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2007. V. 50. P. 2107.
  44. Pakhomov M.A., Terekhov V.I. RANS Modeling of Flow Structure and Turbulent Heat Transfer in Pulsed Gas–Droplet Mist Jet Impingement // Int. J. Thermal Sci. 2016. V. 100. P. 284.
  45. Smagorinsky J. General Сirculation Experiments with the Primitive Equations // Mon. Weather Rev. 1963. V. 91. P. 99.
  46. Bardina J., Ferziger J.H., Reynolds W.C. Improved Turbulence Models Based on LES of Homogeneous Incompressible Turbulent Flows // Tech. Rep. Report No. TF-19. Stanford, Depart. Mech. Eng. 1984.
  47. Clark R.A., Ferziger J.H., Reynolds W.C. Evaluation of Subgrid-scale Models Using an Accurately Simulated Turbulent Flow // J. Fluid Mech. 1979. V. 91. P. 1.
  48. Stolz S., Adams N.A., Kleiser L. An Approximate Deconvolution Model for Large-eddy Simulation with Application to Incompressible Wall-bounded Flows // Phys. Fluids. 2001. V. 13. P. 997.
  49. Deardorff J.W., Peskin R.L. Lagrangian Statistics from Numerically Integrated Turbulent Shear Flow // Phys. Fluids. 1970. V. 13. P. 584.
  50. Uijttewaal W.S.J., Oliemans R.V.A. Particle Dispersion and Deposition in Direct Numerical and Large Eddy Simulation of Vertical Pipe Flows // Phys. Fluids. 1996. V. 8. P. 2590.
  51. Wang Q., Squires K.D. Large Eddy Simulation of Particle Deposition in a Vertical Turbulent Channel Flow // Int. J. Multiphase Flow. 1996. V. 22. P. 667.
  52. Boivin M., Simonin O., Squires K.D. On the Prediction of Gas–Solid Flows with Two-way Coupling Using Large Eddy Simulation // Phys. Fluids. 2000. V. 12. P. 2080.
  53. Vreman A.W., Geurts B.J., Deen N.G., Kuipers J.A.M., Kuerten J.G.M. Two- and Four-way Coupled Euler–Lagrangian Large-eddy Simulation of Turbulent Particle-laden Channel Flow // Flow Turbul. Combust. 2009. V. 82. P. 47.
  54. Mallouppas G., van Wachem B. Large Eddy Simulations of Turbulent Particle-laden Channel Flow // Int. J. Multiphase Flow. 2013. V. 54. P. 65.
  55. Breuer M., Alletto M. Efficient Simulation of Particle-laden Turbulent Flows with High Mass Loadings Using LES // Int. J. Heat Fluid Flow. 2012. V. 35. P. 2.
  56. Pozorski J., Apte S.V. Filtered Particle Tracking in Isotropic Turbulence and Stochastic Modeling of Subgrid-scale Dispersion // Int. J. Multiphase Flow. 2009. V. 35. P. 118.
  57. Kuerten J.G.M., Vreman A.W. Effect of Droplet Interaction on Droplet-laden Turbulent Channel Flow // Phys. Fluids. 2015. V. 27. 053304.
  58. Alletto M., Breuer M. Prediction of Turbulent Particle-laden Flow in Horizontal Smooth and Rough Pipes Inducing Secondary Flow // Int. J. Multiphase Flow. 2013. V. 55. P. 80.
  59. Breuer M., Almohammed N. Modeling and Simulation of Particle Agglomeration in Turbulent Flows Using a Hard-sphere Model with Deterministic Collision Detection and Enhanced Structure Models // Int. J. Multiphase Flow. 2015. V. 73. P. 171.
  60. Riley J.J., Patterson Jr. G.S. Diffusion Experiments with Numerically Integrated Isotropic Turbulence // Phys. Fluids. 1974. V. 17. P. 292.
  61. Yeung P.K., Pope S.B. An Algorithm for Tracking Fluid Particles in Numerical Simulation of Homogeneous Turbulence // J. Comput. Phys. 1988. V. 79. P. 373.
  62. Balachandar S., Maxey M.R. Methods for Evaluating Fluid Velocities in Spectral Simulations of Turbulence // J. Comput. Phys. 1989. V. 83. P. 96.
  63. McLaughlin J.B. Aerosol Particle Deposition in Numerically Simulated Channel Flow // Phys. Fluids A. 1989. V. 1. P. 1211.
  64. Kontomaris K., Hanratty T.J., McLaughlin J.B. An Algorithm for Tracking Fluid Particles in a Spectral Simulation of Turbulent Channel Flow // J. Comput. Phys. 1992. V. 103. P. 231.
  65. Marchioli C., Soldati A., Kuerten J.G.M., Arcen B., Taniere A., Goldensoph G., Squires K.D., Cargnelutti M.F., Portela L.M. Statistics of Particle Dispersion in Direct Numerical Simulations of Wallbounded Turbulence: Results of an International Collaborative Benchmark Test // Int. J. Multiphase Flow. 2008. V. 34. P. 879.
  66. Marchioli C., Giusti A., Salvetti M.V., Soldati A. Direct Numerical Simulation of Particle Wall Transfer and Deposition in Upward Turbulent Pipe Flow // Int. J. Multiphase Flow. 2003. V. 29. P. 1017.
  67. Van Esch B.P.M., Kuerten J.G.M. Direct Numerical Simulation of the Motion of Particles in Rotating Pipe Flow // J. Turbulence. 2008. V. 9. P. 1.
  68. Picano F., Sardina G., Casciola C.M. Spatial Development of Particle-laden Turbulent Pipe Flow // Phys. Fluids. 2009. V. 21. 093305.
  69. Squires K.D., Eaton J.K. Particle Response and Turbulence Modification in Isotropic Turbulence // Phys. Fluids A. 1990. V. 2. P. 1191.
  70. Elghobashi S., Truesdell G.C. Direct Simulation of Particle Dispersion in a Decaying Isotropic Turbulence // J. Fluid Mech. 1992. V. 242. P. 655.
  71. Boivin M., Simonin O., Squires K.D. Direct Numerical Simulation of Turbulence Modulation by Particles in Homogeneous Turbulence // J. Fluid Mech. 1998. V. 375. P. 235.
  72. Eaton J.K. Two-way Coupled Turbulence Simulations of Gas–Particle Flows Using Point–Particle Tracking // Int. J. Multiphase Flow. 2009. V. 35. P. 792.
  73. Kuerten J.G.M., Vreman A.W. Effect of Droplet Interaction on Droplet-laden Turbulent Channel Flow // Phys. Fluids. 2015. V. 27. 053304.
  74. Russo E., Kuerten J.G.M., van der Geld C.W.M., Geurts B.J. Water Droplet Condensation and Evaporation in Turbulent Channel Flow // J. Fluid Mech. 2014. V. 749. P. 666.
  75. Pan Y., Banerjee S. Numerical Simulation of Particle Interactions with Wall Turbulence // Phys. Fluids. 1996. V. 8. P. 2733.
  76. Zhao L.H., Andersson H.I., Gillissen J.J.J. Turbulence Modulation and Drag Reduction by Spherical Particles // Phys. Fluids. 2010. V. 22. 081702.
  77. Zhao L.H., Andersson H.I., Gillissen J.J.J. Interphasial Energy Transfer and Particle Dissipation in Particle-laden Wall Turbulence // J. Fluid Mech. 2013. V. 715. P. 32.
  78. Lee J., Lee C. Modification of Particle-laden Near-wall Turbulence; Effect of Stokes Number // Phys. Fluids. 2015. V. 27. 023303.
  79. Letournel R., Laurent F., Massot M., Vie A. Modulation of Homogeneous and Isotropic Turbulence by Sub-Kolmogorov Particles: Impact of Particle Field Heterogeneity // Int. J. Multiphase Flow. 2020. V. 125. 103233.
  80. Burton T.M., Eaton J. Fully Resolved Simulations of Particle–Turbulence Interaction // J. Fluid Mech. 2005. V. 545. P. 67.
  81. Picano F., Breugem W.P., Brandt L. Turbulent Channel Flow of Dense Suspensions of Neutrally-buoyant Spheres // J. Fluid Mech. 2015. V. 764. P. 463.
  82. Ten Cate A., Derksen J.J., Portela L.M., van den Akker H.E.A. Fully Resolved Simulations of Colliding Monodisperse Spheres in Forced Isotropic Turbulence // J. Fluid Mech. 2004. V. 539. P. 233.
  83. Takagi S., Oguz H.N., Zhang Z., Prosperetti A. Physalis: A New Method for Particle Simulation. Part II: Two-dimensional Navier-Stokes Flow Around Cylinders // J. Comput. Phys. 2003. V. 187. P. 371.
  84. Yu Z., Xia Y., Lin J. Modulation of Turbulence Intensity by Heavy Finite-size Particles in Upward Channel Flow // J. Fluid Mech. 2021. V. 913. A3.
  85. Vreman A.W. Turbulence Characteristics of Particle-laden Pipe Flow // J. Fluid Mech. 2007. V. 584. P. 235.
  86. Vreman A.W. Turbulence Attenuation in Particle-laden Flow in Smooth and Rough Channels // J. Fluid Mech. 2015. V. 773. P. 103.
  87. Mallouppas G., George W.K., van Wachem B.G.M. Dissipation and Inter-scale Transfer in Fully Coupled Particle and Fluid Motions in Homogeneous Isotropic Forced Turbulence // Int. J. Heat Fluid Flow. 2017. V. 67. P. 74.
  88. Tajfirooz S., Meijer J.G., Dellaert R.A., Meulenbroek A.M., Zeegers J.C.H., Kuerten J.G.M. Direct Numerical Simulation of Magneto-Archimedes Separation of Spherical Particles // J. Fluid Mech. 2021. V. 910. A52.
  89. Rosa B., Copec S., Ababaei A., Pozorski J. Collision Statistics and Settling Velocity of Inertial Particles in Homogeneous Turbulence from High-resolution DNS under Two-way Momentum Coupling // Int. J. Multiphase Flow. 2022. V. 48. 103906.
  90. Нигматулин Р.И., Аганин А.А., Аганин И.А., Давлетшин А.И. Динамика пузырьков в сферическом кластере при повышении давления жидкости // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 744.
  91. Шагапов В.Ш., Булатова З.А., Шаяхметов Г.Ф. Особенности отражения импульсных сигналов от слоя с парогазовыми пузырьками перед жесткой стенкой в воде // ТВТ. 2023. Т. 61. № 5. С. 760.
  92. Комов А.Т., Захаренков А.В., Толмачев В.В., Штелинг В.С. Процессы в факеле распыла теплоносителя // ТВТ. 2023. Т. 61. № 3. С. 410.
  93. Хмелев В.Н., Шалунов А.В., Нестеров В.А. Экспериментальное исследование коагуляции аэрозолей при формировании вихревых течений в неоднородном ультразвуковом поле // ТВТ. 2024. Т. 62. № 2. С. 279.
  94. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р., Фадеев С.А. Осаждение полидисперсного аэрозоля в узкой закрытой трубе при резонансном режиме колебаний // ТВТ. 2023. Т. 61. № 6. С. 953.
  95. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Р. Акустические волны в смеси воздуха с полидисперсными частицами алюминия // ТВТ. 2024. Т. 62. № 1. С. 147.
  96. Бендерский Л.А., Горячев А.В., Горячев П.А., Горячев Д.А., Любимов Д.А., Студенников Е.С. Особенности моделирования тепломассообменных процессов при формировании льда в условиях атмосферного облака, состоящего из переохлажденных капель // ТВТ. 2024. Т. 62. № 2. С. 250.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Russian Academy of Sciences, 2024