Численное исследование скоростного скольжения несущей и дисперсной фазы при взаимодействии ударной волны с электрически заряженной газовзвесью

Дмитрий Алексееевич Тукмаков (Tukmakov D. A.)

Аннотация


Рассматривается распространение ударной волны из чистого газа в гетерогенную смесь, состоящую из твердых частиц, взвешенных в газе и имеющих электрический заряд. Применяемая математическая модель учитывает скоростное и тепловое взаимодействия несущей и дисперсной компонент смеси. Математическая модель предполагала монодисперсный состав твердой фазы, т.е. все частицы имеют одинаковый линейный размер, сферическую форму и состоят из одного материала. Силовое взаимодействие частиц и газа включало в себя силу Стокса, силу присоединённых масс, а также динамическую силу Архимеда. Несущая среда описывалась как вязкий сжимаемый теплопроводный газ. Уравнения математической модели решались явным конечно-разностным методом второго порядка точности с применением схемы нелинейной коррекции сеточной функции. Система уравнений математической модели дополнялась граничными и начальными условиями для искомых функций: на границах расчётной области задавались граничные условия Дирихле для составляющих скорости несущей и дисперсной фаз, для остальных динамических функций задавались условия Неймана. Для уравнения Пуассона, описывающего распределение внутреннего электрического поля заряженной газовзвеси, задавались однородные граничные условия Дирихле. В результате проведения численных расчётов были выявлены различия в скоростном скольжении несущей и дисперсной фаз при распространении ударной волны в нейтральную и электрически заряженную запыленные среды. Было также установлено влияние размера частиц на интенсивность скоростного скольжения несущей и дисперсной компонент гетерогенной смеси при распространении ударной волны из чистого газа в запыленную среду.


Ключевые слова


многофазные среды; межфазное взаимодействие; ударные волны; уравнение Навье-Стокса; сила Кулона

Полный текст:

PDF

Литература


Nigmatulin R. I. Dinamika mnogofaznyh sred (The dynamics of multiphase media) Part 1 Science, 1987.446 p. (in Russian).

Kutushev A. G. Matematicheskoe modelirovanie volnovyh processov v aerodispersnyh i poroshkoobraznyh sredah (Mathematical modeling of wave processes in aerodispersed and powdery media). St. Petersburg: Nedra, 2003, 284 p. (in Russian).

Fedorov A. V., Fomin V. M., Khmel T. A. Volnovye processy v gazovzvesyah chastic metallov (Wave processes in gas-suspended particles of metals). Novosibirsk, 2015.301 p. (in Russian).

Sadin D. V. TVD scheme for stiff problems of wave dynamics of heterogeneous media of non-hyperbolic nonconservative type. Computational Mathematics and Mathematical Physics, 2016, vol. 56, no. 12, pp. 2068–2078, DOI: 10.1134/S0965542516120137

Varaksin A. Y., Protasov M. V., Yatsenko V. P. Analysis of the deposition processes of solid particles onto channel walls. High Temperature, 2013, vol. 51, no. 5, pp. 665–672, DOI: 10.1134/S0018151X13050210

Varaksin A. Y. Clusterization of particles in turbulent and vortex two-phase flows. High Temperature, 2014, vol. 52, no. 5, pp. 752–769. DOI: 10.1134/S0018151X14050204

Glazunov A. A., Dyachenko N. N., Dyachenko L. I. Numerical investigation of the flow of ultradisperse particles of the aluminum oxide in the solid-fuel rocket engine nozzle. Thermophysics and Aeromechanics, 2013, vol. 20, no. 1, pp. 79–86. DOI: 10.1134/S0869864313010071

Zhuoqing A. Jesse Z. Correlating the apparent viscosity with gas-solid suspension flow in straight pipelines. Powder Technology, 2019, vol. 345, pp. 346–351. DOI: 10.1016/j.powtec.2018.12.098

Gubaidullin D. A., Tukmakov D. A. Numerical investigation of the evolution of a shock wave in a gas suspension with consideration for the nonuniform distribution of the particles. Mathematical Models and Computer Simulations, 2015, vol. 7, no. 3, pp. 246–253.

DOI: 10.1134/S2070048215030072

Nigmatulin R. I., Gubaidullin D. A., Tukmakov D. A. Shock wave dispersion of gas – particle mixtures. Doklady Physics, 2016, vol. 61, no. 2, pp. 70–73. DOI: 10.1134/S1028335816020038

Tadaa Y., Yoshioka S., Takimoto A., Hayashi Y. Heat transfer enhancement in a gas – solid suspension flow by applying electric field, International Journal of Heat and Mass Transfer, 2016, vol. 93, pp. 778–787. DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.0.063

Zinchenko S. P., Tolmachev G. N. Accumulation of products of ferroelectric target sputtering in the plasma of an RF glow discharge. Plasma Physics Reports, 2013, vol. 39, no. 13, pp. 1096–1098. DOI: 10.1134/S1063780X13050176

Dikalyuk A. S., Surzhikov S. T. Numerical simulation of rarefied dusty plasma in a normal glow discharge. High Temperature, 2012, vol. 50, no. 5. pp. 571–578. DOI: 10.1134/S0018151X12040050

Tukmakov A. L., Tukmakov D. A. Generation of acoustic disturbances by a moving charged gas suspension, Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2018, vol. 91, no. 5, pp. 1141–1147. DOI: 10.1007/s10891-018-1842-8

Panyushkin V. V., Pashin M. M. Izmerenie zaryada poroshka, nanosimogo raspylitelyami s vneshnej zaryadkoj (Measurement of the charge of the powder applied by sprayers with external charging), Lakokrasochnye materialy i ih primenenie, 1984, no. 2, pp. 25–27 (In Russian).

Tukmakov D. A. Numerical study of polydisperse aerosol dynamics with the drops destruction. Lobachevskii Journal of Mathematics, 2019, vol. 40, no. 6, pp. 824–827. DOI: 10.1134/S1995080219060234

Tukmakov D. A. Numerical simulation of oscillations of an electrically charged heterogeneous medium due to intercomponent interaction. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2019, vol. 27, no. 3, pp. 73–85. DOI: 10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85 (in Russian).

Salyanov F. A. Osnovy fiziki nizkotemperaturnoj plazmy, plazmennyh apparatov i tekhnologij (Fundamentals of low-temperature plasma physics, plasma devices and technologies). Moscow: Nauka, 1997. 240 p. (in Russian).

Tukmakov A. L. Chislennoe modelirovanie akusticheskih techenij pri rezonansnyh kolebaniyah gaza v zakrytoj trube (Numerical modeling of acoustic flows during resonant gas oscillations in a closed pipe) Aviacionnaya tekhnika, 2006, no. 4, pp. 33–36 (in Russian).

Fletcher C. A. Computation techniques for fluid dynamics. Berlin: Springer, 1988, 502 p.

Muzafarov I. F., Utyuzhnikov S. V. Application of compact difference schemes to investigation of unstationary gas flows. Mathematical Models and Computer Simulations, 1993, vol. 5, no. 3, pp. 74–83 (in Russian).

Krylov V. I., Bobkov V. V., Monastic P. I. Vychislitel'nye metody (Computational Methods). Vol. 2, Moscow: Nauka, 1977, 401 p. (in Russian).




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2020-1-35-42

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.


Лицензия Creative Commons
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.


ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Журнал включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук (специальности: 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы; 01.04.07 - Физика конденсированного состояния).

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2019

Лицензия Creative Commons Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).