Сопоставление численных моделей динамики электрически заряженных газовзвесей с массовой и поверхностной плотностями зарядов для различных дисперсностей частиц

Аннотация

Работа посвящена математическому моделированию динамики неоднородных электрически заряженных сред. Исследована динамика газовзвесей -- взвешенных в газе твердых частиц. Математическая модель реализовала континуальный подход к моделированию динамики неоднородных сред: модель учитывала межкомпонентные теплообмен и обмен импульсом. Несущая среда описана как вязкий, сжимаемый, теплопроводный газ. Уравнения математической модели дополнены начальными и граничными условиями. Система уравнений математической модели интегрирована явным конечно-разностным методом. Для получения монотонной сеточной функции использована нелинейная схема коррекции численного решения. Математическая модель дополнена уравнением Пуассона, описывающим электрическое поле, которое образовано электрически заряженными дисперсными включениями. Уравнение Пуассона интегрировалось конечно-разностными методами на газодинамической сетке. Численно исследовано течение газовзвеси, вызванное движением дисперсных частиц под действием силы Кулона. Моделировались течения газовзвесей с поверхностной и массовой плотностями электрического заряда. Для поверхностной модели плотности заряда происходит увеличение силы Кулона, действующей на единицу массы газовзвеси при уменьшении дисперсности частиц. Для массовой плотности заряда дисперсность частиц не влияет на удельную силу Кулона, воздействующую на частицы. Интенсивность течения газовзвеси возрастает при уменьшении размера частиц как для массовой, так и поверхностной моделей плотности заряда. Для поверхностной модели плотности заряда при уменьшении размера частиц происходит большее увеличение интенсивности перепада давления газа в формирующемся течении газовзвеси, чем при моделировании динамики газовзвеси с массовым распределением плотности электрического заряда

Работа выполнена в рамках государственного задания ФИЦ КазНЦ РАН

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:
Тукмаков Д.А. Сопоставление численных моделей динамики электрически заряженных газовзвесей с массовой и поверхностной плотностями зарядов для различных дисперсностей частиц. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 3 (102), с. 43--56. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-3-43-56

Литература

[1] Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М., Наука, 1978.

[2] Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб., Недра, 2003.

[3] Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск, Параллель, 2015.

[4] Семенов В.П., Тимофеев А.В. Параметрический резонанс и перенос энергии в пылевой плазме. Матем. моделирование, 2018, т. 30, № 2, с. 3--17.

[5] Дикалюк А.С., Куратов С.Е. Реализация метода частиц-в-ячейках на неструктурированных сетках для численного моделирования плазменных устройств. Матем. моделирование, 2017, т. 29, № 9, с. 33--48.

[6] Tadaa Y., Yoshioka S., Takimoto A., et al. Heat transfer enhancement in a gas--solid suspension flow by applying electric field. Int. J. Heat Mass Transf., 2016, vol. 93, pp. 778--787. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.063

[7] Лосева Т.В., Попель С.И., Голубь А.П. Пылевые ионно-звуковые ударные волны в лабораторной, ионосферной и астрофизической плазме. Физика плазмы, 2020, т. 46, № 11, c. 1007--1025. DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292120110049

[8] Пикалев А.А., Сысун А.В., Олещук О.В. Радиальное распределение концентрации плазмы в положительном столбе тлеющего разряда с пылевыми частицами. Изв. вузов. Физика, 2020, т. 63, № 7, c. 162--170. DOI: https://doi.org/10.17223/00213411/63/7/162

[9] Бастыкова Н.Х., Голятина Р.И., Коданова С.К. и др. Исследование эволюции пылинок из Be, Ni, Mo и W в термоядерном реакторе. Прикладная физика, 2020, № 3, c. 21--26.

[10] Тимофеев А.В., Николаев В.С., Семенов В.П. Неоднородность структурных и динамических характеристик пылевой плазмы в газовом разряде. ЖЭТФ, 2020, т. 157, № 1, c. 180--188.

[11] Колотинский Д.А., Николаев В.С., Тимофеев А.В. Влияние структурной неоднородности и невзаимных эффектов во взаимодействии макрочастиц на динамические свойства плазменно-пылевого монослоя. Письма в ЖЭТФ, 2021, т. 113, № 7-8, c. 514--522.

[12] Paul A., Mandal G., Amin M.R., et al. Анализ решения модифицированного уравнения КДВ с затуханием для пылевой ионно-звуковой волны в присутствии сверхтепловых электронов. Физика плазмы, 2020, т. 46, № 1, c. 90--96. DOI: https://doi.org/10.31857/S0367292120010151

[13] Чекалов Л.В., Гузаев В.А., Смирнов М.Е. Повышение эффективности электрофильтров тепловых электростанций путем совершенствования осадительных электродов. Электрические станции, 2021, № 7, c. 48--54. DOI: http://dx.doi.org/10.34831/EP.2021.1080.7.008

[14] 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, т. 55, вып. 4, c. 509--512. DOI: https://doi.org/10.7868/S004036441703022X

[15] Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Генерация акустического возмущения движущейся заряженной газовзвесью. Инженерно-физический журнал, 2018, т. 91, № 5, c. 1207--1213.

[16] Тукмаков Д.А., Ахунов А.А. Численное исследование влияния электрического заряда дисперсной фазы на распространение ударной волны из чистого газа в запыленную среду. Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика, 2020, т. 20, № 3, с. 183--192. DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2020-20-3-183-192

[17] Тукмаков Д.А., Ахунов А.А. Численное исследование распространения ударной волны малой интенсивности из чистого газа в электрически заряженную запыленную среду. Чебышевcкий сборник, 2020, т. 21, № 4, с. 257--269. DOI: https://doi.org/10.22405/2226-8383-2020-21-4-257-269

[18] Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния параметров дисперсной фазы на генерацию течения газа, формирующегося при гравитационном осаждении аэрозоля. Вычислительная механика сплошных сред, 2020, т. 13, № 3, с. 279--287. DOI: https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.3.22

[19] Сальянов Ф.А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. М., Наука, 1997.

[20] Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М., Наука, 1982.

[21] Fletcher C.A. Computation techniques for fluid dynamics 1. Fundamental and general techniques. In: Scientific Computation. Berlin, Heidelberg, Springer, 1998. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-58229-5

[22] Тукмаков А.Л. Численное моделирование акустических течений при резонансных колебаниях газа в закрытой трубе. Авиационная техника, 2006, № 4, с. 33--36.

[23] Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа. Матем. моделирование, 1993, т. 5, № 3, с. 74--83.

[24] Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. Т. 2. М., Наука, 1977.