Например, Бобцов

Численное исследование разлета смеси газа и частиц с осевой симметрией

Аннотация:

Предмет исследования. Представлены результаты исследования новых явлений, которые сопровождают свободный или ограниченный стенками разлет неравновесной по скоростям и температурам смеси газа и частиц различных размеров с осевой симметрией. Метод. Динамика газовзвеси рассмотрена в рамках взаимопроникающих континуумов калорически совершенного невязкого газа и несжимаемых монодисперсных сферических частиц. Использован эйлеров подход для описания движения каждой фазы смеси. Для численного моделирования реализован гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации по пространству и времени с нелинейной коррекцией искусственной вязкости, аддитивной комбинацией потоков и полунеявной схемой расчета межфазного трения и теплообмена. Работоспособность и точность метода для двумерной задачи с осевой симметрией подтверждена сравнением с решениями, полученными в одномерной постановке в цилиндрической системе координат. Основные результаты. В случае мелких частиц (с диаметром d = 0,1 мкм) время релаксации фаз много меньше характерного времени задачи, и газовзвесь ведет себя как гомогенная среда аналогично течению газа. Для крупных частиц (d = 20 мкм) проявляются эффекты различия инерционности фаз и неравновесности, связанные с несовпадением скоростей и температур газа и частиц. Следствием этих эффектов является расщепление начальной границы раздела сред на контактный разрыв в газовой фазе и поверхностью между взвесью и чистым газом (скачок пористости). На ранней стадии разлета скачок пористости отстает от положения контакта в несущей (газовой фазе). В последующие моменты времени картина течения меняется на противоположную, что объясняется торможением газа, возникновением обратного потока к центру разлета вследствие разрежения в окрестности оси симметрии и образованием вторичной ударной волны. Далее возникают колебания с учетом относительного изменения положения границ раздела фаз. При этом наблюдаются изломы траекторий газового контакта (разрыв первой производной), связанные с прохождением отраженной ударной волны от стенки и плоскости симметрии. С течением времени по причине бароклинной неустойчивости (несовпадения градиентов плотности и давления) на интерфейсных границах формируются вихревые структуры. В случае разлета газовзвеси в замкнутом объеме образуется сложная ударно-волновая структура, обусловленная многократными отражениями ударных волн от стенок и их взаимодействием с контактными поверхностями. Практическая значимость. Прикладное значение полученных результатов заключается в выявлении принципиальных физических эффектов, которые следует учитывать при постановке и решении задач в химических технологиях, пневмотранспорте и других областях. Приведенные численные решения могут быть полезны при проверке разрешающей способности других разностных схем по воспроизведению вихревой неустойчивости контактных границ и ударно-волновых структур в течениях релаксирующих газовзвесей.

Ключевые слова:

Постоянный URL

Статьи в номере

Содержание © 1993–2024 Университет ИТМО
Разработка © 2015 Университет ИТМО