Исследование влияния процесса коагуляции на результаты численных расчетов динамики газовзвеси

Аннотация


Работа посвящена математическому моделированию динамики взвешенных в газе твердых или жидких дисперсных включений − газовзвесей. В исследовании численно моделировалась динамика газовзвеси в канале с учетом эффекта коагуляции дисперсных включений и без такового. Предполагалось, что в канале движется запыленная среда, через боковую поверхность канала происходит вдув капельных фракций, коагулирующих с дисперсными включениями запыленной среды. Представлена математическая модель, реализующая континуальную методику моделирования динамики многофазных сред, которая предполагает решение полной системы уравнений динамики для каждой из фаз смеси. Система уравнений динамики газа, а также фракций дисперсной фазы включала в себя уравнение сохранения плотности, уравнения сохранения пространственных составляющих импульса и уравнение сохранения энергии. Для фракций дисперсной фазы вводилась функция «средней плотности», представляющая собой произведение объемного содержания фракции, являющегося функцией пространственных и временной переменной, на ее физическую плотность, являющеюся постоянной величиной. Несущая среда описывалась как вязкий сжимаемый и теплопроводный газ. Также учитывался межфазный обмен импульсом и межфазный теплообмен. Межфазный обмен импульсом включал в себя динамическую силу Архимеда, силу присоединенных масс, а также силу аэродинамического сопротивления частиц. На границах расчетной области, моделируемых как твердые поверхности, задавались однородные граничные условия Дирихле для составляющих скорости несущей среды и дисперсной фазы. Дисперсная фаза газовзвеси описывалась как многофракционная, фракции которой отличаются размером дисперсных включений и плотностью материала частиц. Система уравнений математической модели интегрировалась конечно-разност¬ным методом второго порядка точности. Для подавления численных осцилляций применялась схема нелинейной коррекции сеточной функции. Математическая модель предполагала учет взаимодействия между частицами через поглощение более крупными частицами более мелких частиц за счет столкновителной коагуляции. Сопоставление результатов с учетом и без учета эффекта коагуляции капельной и пылевой фракции газовзвеси демонстрирует, что отсутствие учета эффекта коагуляции оказывает существенное влияние как на распределение концентраций фракций газовзвеси, так и на физические поля фракций и несущей среды.

Полный текст

2

Об авторах

Д. А Тукмаков

Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук ИММ

Список литературы

  1. Провоторов, В.В. Управление линеаризованной системой Навье – Стокса в сетеподобной области / В.В. Провоторов, Е.Н. Провоторова // Прикладная математика и вопросы управления. – 2017. – № 2. – С. 65–84.
  2. Численный анализ работы струйного насоса с изменяемой геометрией проточного тракта / М.А. Савин, М.А. Ошивалов, Е.И. Вахрамеев, К.С. Галягин // Прикладная математика и вопросы управления. – 2023. – № 3. – С. 8–21.
  3. Нигматулин, Р.И. Основы механики гетерогенных сред / Р.И. Нигматулин. – М.: Наука, 1978. – 336 с.
  4. Кутушев, А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах / А.Г. Кутушев. – СПб.: Недра, 2003. – 284 с.
  5. Федоров, А.В. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов / А.В. Федоров, В.М. Фомин, Т.А. Хмель. – Новосибирск: Параллель, 2015. – 301 c.
  6. Клиначева, Н.Л. Ослабление сферических ударных волн в гетерогенных средах / Н.Л. Клиначева, Ю.М. Ковалев // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование. – 2017. – Т. 10, № 4. – С. 35–45.
  7. Шиляев, М.И. Динамика процесса тепломассообмена при инжектировании диспергированного адсорбента в парогазовый поток / М.И. Шиляев, Е.М. Хромова // Теоретические основы химической технологии. – 2021. – Т. 55, № 4. – С. 506–516.
  8. Лаптева, Е.А. Математическая модель контактного охлаждения и очистки от дисперсной фазы газов в насадочных скрубберах / Е.А. Лаптева, А.Г. Лаптев, С.У. Аласгарли // Теоретические основы химической технологии. – 2022. – Т. 56, № 2. – С. 244–251.
  9. A Highly Efficient Biomass Compound Aerosol Suppressant in Purifying Radioactive Cesium Droplet Aerosols / L. Wu, S. Lei, Y. Wang, S. Yang, X. Lin, H. Wang // Molecules. – 2022. – Vol. 27, no. 19.
  10. Моделирование процесса мокрой очистки газов с наложением ультразвуковых полей / В.Н. Хмелев, А.В. Шалунов, Р.С. Доровских, В.А. Нестеров, Р.Н. Голых // Южно-Сибирский научный вестник. – 2017. – Т. 20, № 4. – С. 57–63.
  11. Повышение эффективности пылеулавливания / В.Н. Макаров, А.В. Угольников, Н.В. Макаров, Г.А. Боярских // Горный журнал. – 2022. – № 8. – С. 62–70.
  12. Тимофеева М.В. Влияние коагуляции капель воды на их распределение по размерам в рабочей части аэрохолодильной установки // Журнал технической физики. – 2019. – Т. 89, № 4. – С. 491–496.
  13. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: справочник в 5 т. Т. 1. Методы расчета / В.Е. Алемасов, А.Ф. Дрегалин, А.П. Тишин, В.А. Худяков. – М.: Изд-во ВИНИТИ, 1971. – 267 с.
  14. Тукмаков, А.Л. Динамика коагулирующей полидисперсной газовзвеси в нелинейном волновом поле акустического резонатора / А.Л. Тукмаков // Инженерно-физический журнал. – 2015. – Т. 88, № 1. – С. 11–19.
  15. Тукмаков А.Л. Программный код для моделирования динамики однородных и дисперсных сред явным методом Мак-Кормака в обобщенных криволинейных координатах (2D): свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2018616542; заявл. 02.08.2018; опубл. 19.06.2018.
  16. Тукмаков, А.Л. Динамика заряженной газовзвеси с начальным пространственно неравномерным распределением средней плотности дисперсной фазы при переходе к равновесному состоянию / А.Л. Тукмаков, Д.А. Тукмаков // Теплофизика высоких температур. – 2017. – T. 55, № 4. – С. 509–512.
  17. Тукмаков, Д.А. Численное исследование влияния граничных условий на расчеты динамики полидисперсной газовзвеси / Д.А. Тукмаков // Прикладная математика и механика. – 2024. – Т. 88, № 3. – С. 422–433.
  18. Тукмаков, Д.А. Сопоставление численных расчетов континуальной математической модели динамики монодисперсного аэрозоля в акустическом резонаторе – закрытой трубе с физическим экспериментом / Д.А. Тукмаков // Вестник Омского университета. – 2022. – Т. 27, № 2. – С. 40–46.
  19. Tukmakov, D.A. Investigation of the grid convergence of a finite-difference model of the dynamics of an electrically charged gas suspension / D.A. Tukmakov // Proceedings of 2024 6th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). – Moscow, 2024. – P. 1–6. doi: 10.1109/REEPE60449.2024.10479689
  20. Тукмаков, Д.А. Численное моделирование взаимодействия газовзвеси с ударной волной континуальными математическими моделями с идеальной и диссипативными несущими средами / Д.А. Тукмаков // Вестник ЮУрГУ. Серия: Вычислительная математика и информатика. – 2022. – Т. 11, № 4. – С. 67–87.
  21. Флетчер, К. Вычислительные методы в динамике жидкостей / К. Флетчер. – М.: Мир,1991. – Т. 2. – 551 с.
  22. Музафаров, И.Ф. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа / И.Ф. Музафаров, С.В. Утюжников // Математическое моделирование. – 1993. – Т. 5, № 3. – С. 74–83.

Статистика

Просмотры

Аннотация - 17

PDF (Russian) - 6

Ссылки

  • Ссылки не определены.

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах