Численное моделирование колебаний электрически заряженной газовзвеси в акустическом резонаторе с электрическим потенциалом на стенках
DOI:
https://doi.org/10.17072/1993-0550-2026-3-71-86Ключевые слова:
механика жидкости и газа, многофазные среды, электрогидродинамика, континуальная методика, численное моделированиеАннотация
Работа посвящена численному моделированию колебаний электрически заряженной газовзвеси в акустическом резонаторе с электрическими потенциалами, приложенными к стенкам резонатора. Математическая модель реализовывала континуальную методику моделирования динамики многофазных сред в эйлеровых координатах, позволяющею учесть взаимодействие газа и дисперсной фазы. Динамика несущей среды описывается системой уравнений Навье–Стокса для сжимаемого теплопроводного газа. Проведены расчеты динамики аэрозолей в монодисперсном приближении для различных размеров дисперсных включений электрически нейтральной и электрически заряженной газовзвесей. Исследовано влияние объемного содержания дисперсной фазы и размера дисперсных включений на интенсивность колебаний несущей среды и дисперсной фазы без учета и с учетом влияния силы Кулона. Численные расчеты демонстрируют, что в электрически нейтральной газовзвеси при увеличении объемного содержания дисперсной фазы и уменьшении размера частиц, при их фиксированном объемном содержании, скорость колебаний несущей среды и дисперсной компоненты уменьшается. Скорость колебаний мелкодисперсных частиц согласуется со скоростью колебаний несущей среды. Выявлено, что в электрически заряженных газовзвесях скорость движения компонент газовзвеси больше, чем в электрически нейтральной газовзвеси. Что можно объяснить тем, что за счет осаждения дисперсных частиц на стенках резонатора под действием электрического поля уменьшается влияние дисперсной фазы на колебания несущей среды. В результате большей скорости движения несущей среды в электрически заряженной газовзвеси дисперсные частицы также имеют большею скорость в сравнении со скоростью дисперсных частиц в электрически нейтральной газовзвеси. Численные расчеты демонстрируют, что в газовзвесях с большим объемным содержанием и в газовзвесях с меньшим размером дисперсных включений влияние электрического поля на динамику компонент смеси имеют более выраженное значение, чем в газовзвесях с малым содержанием дисперсной фазы или в газовзвесях с крупнодисперсными частицами.
Библиографические ссылки
Красильников В. А., Крылов В. В. Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984. 400 с.
Сорокин Л. Е. Влияние зависимости коэффициента теплопроводности от температуры на жесткую неустойчивость течения бинарной смеси с термодиффузией // Вестник Пермского университета. Математика. Механика. Информатика. 2011. № 1 (5). С. 90−94.
Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
Кутушев А. Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра, 2003. 284 с.
Ягодкин И. В., Посаженников А. М., Гришин А. Г., Мельников В. П. Применение метода электрофизического воздействия на дисперсную среду в устройствах высоко-эффективной фильтрации газовых сред от аэрозолей различного происхождения // Известия высших учебных заведений. Ядерная энергетика. 2012. № 1. С. 71−79.
Теплых А. А., Зайцев Б. Д., Семенов А. П., Бородина И. А. Акустический резонатор с радиальным возбуждающим электрическим полем // Известия Российской академии наук. Серия физическая. 2021. Т. 85, № 6. С. 869−874.
Wu M., Ozcelik A., Rufo J., Wang Z., Fang R., Huang T. J. Acoustofluidic separation of cells and particles // Microsystems nanoengineering. 2019. Vol. 5.
Lei J., Cheng F., Li K. Numerical simulation of boundary-driven acoustic streaming in microfluidic channels with circular cross-sections // Micromachines. 2020. Vol. 11, № 3. Art. 240. DOI: 10.3390/mi11030240.
Жуховицкий Д. И. Пылевые ионизационные и пылевые акустические волны в газовом разряде постоянного тока при низком давлении в условиях микрогравитации // Фи-зика плазмы. 2022. Т. 48, № 10. С. 910−913.
Григорьев А. И., Колбнева Н. Ю., Ширяева С. О. Об акустическом излучении слабо заряженных капель, осциллирующих во внешнем однородном электростатическом поле // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2022. № 5. С. 51−61.
Доброклонская М. С., Печеркин В. Я., Владимиров В. И., Василяк Л. М. Траектории заряженных микрочастиц в линейной квадрупольной ловушке с удерживающим напряжением прямоугольной формы // Прикладная физика. 2024. № 4. С. 96−100.
Тукмаков Д. А. Численное моделирование колебаний вязкого газа с дисперсными включениями с частотой первого линейного резонанса в закрытом канале // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2022. Т. 63, № 3. С. 58–71.
Тукмаков Д. А. Численное исследование скоростного скольжения несущей и дисперсной фазы при взаимодействии ударной волны с электрически заряженной газовзвесью // Вестник Пермского университета. Физика. 2020. № 1. С. 35–42.
Tukmakov D. A. Investigation of the grid convergence of a finite-difference model of the dynamics of an electrically charged gas suspension // 6th International Youth Conference on Radio Electronics, Electrical and Power Engineering (REEPE). URL: https://doi.org/10.1109/REEPE60449.2024.10479689 (дата обращения: 10.05.2026).
Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей. Т. 2. М.: Мир, 1991. 552 c.
Сальянов Ф. А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. М.: Наука, 1997. 240 c.
Ковеня В. М., Тарнавский Г. А., Черный С. Г. Применение метода расщепления в задачах аэродинамики. Новосибирск: Наука, 1990. 246 с.
Музафаров И. Ф., Утюжников С. В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа // Математическое моделирование. 1993. T. 5, № 3. C. 74–83.
Тукмаков А. Л. Численное моделирование акустических течений при резонансных колебаниях газа в закрытой трубе // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2006. № 4. С. 33−36.
Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные методы. Т. 2. М.: Наука, 1977. 399 c.
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Дмитрий Алексееевич Тукмаков
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Публикация статьи в журнале осуществляется на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).
