Известия Саратовского университета. Новая серия.

Серия Математика. Механика. Информатика

ISSN 1816-9791 (Print)
ISSN 2541-9005 (Online)

Для цитирования:

Тукмаков А. Л., Тукмаков Д. А. Численное исследование влияния параметров дисперсных частиц на осаждение твердой фазы электрически заряженной полидисперсной газовзвеси // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2022. Т. 22, вып. 1. С. 90-102. DOI: 10.18500/1816-9791-2022-22-1-90-102, EDN: DJLRDK

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.03.2022
Полный текст:
скачать
(downloads: 1861)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Механика
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
514.86+533+537
DOI: 
10.18500/1816-9791-2022-22-1-90-102
EDN: 
DJLRDK

Численное исследование влияния параметров дисперсных частиц на осаждение твердой фазы электрически заряженной полидисперсной газовзвеси

Авторы: 
Тукмаков Алексей Львович, Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»
Тукмаков Дмитрий Алексеевич, Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук»
Аннотация: 

Работа посвящена исследованию закономерностей осаждения частиц дисперсной фазы электрически заряженной запыленной среды, движущейся в канале, на пластину-электрод. Целью исследования является выявление влияния размера дисперсных включений и плотности материала частиц на процесс оседания фракций полидисперсной газовзвеси на поверхности пластины-электрода. При моделировании динамики газовзвеси применялась математическая модель движения многоскоростной и многотемпературной полидисперсной двухфазной среды, учитывающая межфазное силовое взаимодействие и межфазный теплообмен. При описании силового взаимодействия учитывалась сила Стокса. Математическая модель динамики двухфазной среды дополнялась граничными условиями. Система уравнений решалась явным конечно-разностным методом Мак-Кормака, имеющим второй порядок точности. Для получения монотонного численного решения применялась схема коррекции сеточной функции. Для потенциала электрического поля на боковых поверхностях определялись значения потенциала, на открытых концах канала для потенциала электрического поля предполагались однородные граничные условия Неймана. В работе рассматривались газовзвеси, дисперсная фаза которых содержит три фракции. При одинаковом размере фракции газовзвеси отличались плотностью материала частиц фракций. При одинаковой плотности материала частиц фракции твердой фазы газовзвеси имели различный размер дисперсных включений. В результате численного моделирования было выявлено, каким образом плотность материала дисперсной фазы и размер частиц оказывают влияние на процесс осаждения фракций дисперсной фазы двухкомпонентной смеси. Из расчетов следует, что при одинаковом размере частиц более интенсивно осаждаются частицы с большей плотностью материала, а при одинаковой плотности материала частиц более интенсивно осаждаются частицы с большим линейным размером.

Ключевые слова: 
численное моделирование
газовзвесь
вязкий газ
электрическое поле
Благодарности: 
Математическая модель динамики электрически заряженного аэрозоля в канале разработана в рамках государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН, расчеты влияния свойств дисперсной фазы на осаждение аэрозоля в канале выполнены при поддержке гранта Президента РФ № МК-297.2020.1.
Список источников: 
  1. Нигматулин Р. И. Основы механики гетерогенных сред. Москва : Наука, 1978. 336 с.
  2. Кутушев А. Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. Санкт-Петербург : Недра, 2003. 284 с.
  3. Федоров А. В., Фомин В. М., Хмель Т. А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск : Параллель, 2015. 301 c.
  4. Тукмаков А. Л. Численная модель электрогазодинамики аэродисперсной системы на основе уравнений движения двухскоростной двухтемпературной газовзвеси // Прикладная механика и техническая физика. 2015. Т. 56, № 4. С. 112–120. https://doi.org/10.15372/PMTF20150411
  5. Hayakawa H., Takada S., Garzo V. Kinetic theory of shear thickening for a moderately dense gas-solid suspension: From discontinuous thickening to continuous thickening // Physical Review E. 2017. Vol. 96, iss. 4. 042903. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.042903
  6. Зинченко С. П., Толмачёв Г. Н. О накоплении продуктов распыления сегнетоэлектрической мишени в плазме тлеющего высокочастотного разряда // Прикладная физика. 2012. № 5. С. 53–56.
  7. Дикалюк А. С., Суржиков С. Т. Численное моделирование разреженной пылевой плазмы в нормальном тлеющем разряде // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50, вып. 5. C. 611–619.
  8. Арутюнян Р. В. Математическое моделирование тепло- и электропереноса при воздействии сильноточного импульса на электрод // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2016. Т. 16, вып. 2. С. 138–144. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2016-16-2-138-144
  9. Косарев Н. П., Макаров В. Н., Угольников А. В., Макаров Н. В., Дылдин Г. П. Шахтная аэрология пылевых аэрозолей в условиях гидровихревой коагуляции // Известия Уральского государственного горного университета. 2020. Вып. 4 (60). С. 155–165. https://doi.org/10.21440/2307-2091-2020-4-155-165
  10. Кирш А. А., Макавеев П. Ю., Кирш В. А. Улавливание металлических аэрозольных наночастиц при высокой температуре // Коллоидный журнал. 2020. T. 82, № 2. С. 163–170. https://doi.org/10.31857/S0023291220020056
  11. Балашов А. М. Способ повышения эффективности электрофильтров для очистки выбросов предприятий металлургического комплекса // Тенденции развития науки и образования. 2020. № 58-5. С. 88–91. https://doi.org/10.18411/lj-02-2020-108
  12. Tada 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. P. 778–787. https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.063
  13. Jaiswal S., Hall T., LeBlanc S., Mukherjee R., Thomas E. Effect of magnetic field on the phase transition in a dusty plasma // Physics of Plasmas. 2017. Vol. 24, iss. 11. 113703. https://doi.org/10.1063/1.5003972
  14. Шагапов В. Ш., Галимзянов М. Н., Агишева У. О. Уединенные волны в газожидкостной пузырьковой смеси // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Математика. Механика. Информатика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 232–240. https://doi.org/10.18500/1816-9791-2020-20-2-232-240
  15. Вараксин А. Ю. Влияние частиц на турбулентность несущего потока газа // Теплофизика высоких температур. 2015. Т. 53, вып. 3. С. 441–466. https://doi.org/10.7868/S0040364415030199
  16. Ватузов Д. Н., Пуринг С. М. Методика подбора и расчета аппаратов очистки воздуха от капельных аэрозолей // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура. 2016. Т. 6, № 2 (23). С. 14–18. https://doi.org/10.17673/Vestnik.2016.02.3
  17. Мешалкина М. Н., Цветков В. А., Попов Б. И. Обнаружение пожароопасной ситуации по контролю газовыделений и наночастиц аэрозолей // Природные и техногенные риски (физико-математические и прикладные аспекты). 2015. № 2 (14). С. 27–33.
  18. Кутушев А. Г., Родионов С. П. Взаимодействие слабых ударных волн со слоем порошкообразной среды // Физика горения и взрыва. 2000. Т. 36, № 3. С. 131–140.
  19. Харитонов В. П. Динамика конвективных температурных волн в сплошной пористой среде // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 2013. № 3. C. 3–11.
  20. Михайленко К. И., Кулешов В. С. Математическое моделирование скоростной неравномерности потока газа за пористой преградой // Вычислительные технологии. 2015. Т. 20, № 6. С. 46–58.
  21. Фомин В. М., Федоров А. В. Развитие исследований по механике реагирующих гомогенных и гетерогенных сред в ИТПМ СО РАН // Физика горения и взрыва. 2015. Т. 51, № 2. C. 92–101.
  22. Моисеевa К. М., Крайнов А. Ю. Влияние состава угольной пыли на скорость распространения фронта горения по аэровзвеси с неоднородным распределением частиц // Компьютерные исследования и моделирование. 2018. Т. 10, № 2. С. 221–230. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2018-10-2-221-230
  23. Кривенко И. В., Смирнова М. А. Моделирование воздействия электромагнитного излучения на природные аэрозоли // Математическая физика и компьютерное моделирование. 2019. Т. 22, № 4. С. 64–79. https://doi.org/10.15688/mpcm.jvolsu.2019.4.5
  24. Дмитриев А. В., Дмитриева О. С., Мадышев И. Н. Определение эффективности тепломассопереноса на контактной ступени струйно-пленочного устройства // Инженерно-физический журнал. 2017. Т. 90, № 3. С. 685–690.
  25. 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. T. 55, вып. 4. С. 509–512. https://doi.org/10.7868/S004036441703022X
  26. Тукмаков А. Л., Тукмаков Д. А. Генерация акустического возмущения движущейся заряженной газовзвесью // Инженерно-физический журнал. 2018. Т. 91, № 5. С. 1207–1213.
  27. Тукмаков А. Л., Кашапов Н. Ф., Тукмаков Д. А., Фазлыйяхматов М. Г. Процесс осаждения заряженной полидисперсной газовзвеси на поверхность пластины в электрическом поле // Теплофизика высоких температур. 2018. Т. 56, вып. 4. C. 498–502. https://doi.org/10.31857/S000523100002724-0
  28. Тукмаков Д. А. Численное моделирование колебаний электрически заряженной гетерогенной среды, обусловленных межкомпонентным взаимодействием // Известия вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2019. Т. 27, № 3. С. 73–85. https://doi.org/10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85
  29. Тукмаков Д. А. Численное исследование влияния свойств газовой составляющей взвеси твердых частиц на разлет сжатого объема газовзвеси в двухкомпонентной среде // Инженерно-физический журнал. 2020. Т. 93, № 2. С. 304–310.
  30. Сальянов Ф. А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. Москва : Наука, 1997. 240 c.
  31. Fletcher C. A. Computation Techniques for Fluid Dynamics. Berlin etc. : Springer-Verlang, 1988. 502 p.
  32. Тукмаков А. Л. Численное моделирование процесса волновой сепарации твердых частиц при резонансных колебаниях газа в закрытой трубе // Акустический журнал. 2009. Т. 55, № 3. С. 342–349.
  33. Музафаров И. Ф., Утюжников С. В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа // Математическое моделирование. 1993. Т. 5, № 3. С. 74–83.
  34. Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные методы : в 2 т. Москва : Наука, 1977. Т. 2. 401 с.
Поступила в редакцию: 
26.06.2021
Принята к публикации: 
22.09.2021
Опубликована: 
31.03.2022
  • 1787 просмотров