ISSN 0869-6632 (Print)
ISSN 2542-1905 (Online)

Тукмаков Д. А. Numerical simulation of oscillations of an electrically charged heterogeneous medium due to inter-component interaction. Izvestiya VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2019, vol. 27, iss. 3, pp. 73-85. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85

Published online:
20.06.2019
Language:
Russian
UDC:
533:6, 533:9;519.688

# Numerical simulation of oscillations of an electrically charged heterogeneous medium due to inter-component interaction

Abstract:

Aim. The aim of the work is the numerical study of the oscillations of two-phase medium (a mixture of gas and a dispersed phase of solid particles) which caused by electric charge of the dispersed component, and the reciprocal effect of the dynamics of gas and solid particles, as well as the effect of linear size of dispersed particles on the dynamic processes. Methods. With the help of numerical models of electrically charged suspension was modeled in different modes of oscillatory dynamics in a dusty environment. It was assumed that electrically charged are solid particles. In the simulated process, the charge of all particles has the same sign. Dusty environment is modeled as monodisperse – all particles have the same size, it is also assumed that all particles consist of a material with the same density and heat capacity. Mathematical model assumes high-speed and temperature non-equilibrium of studied processes. The model takes into account the interphase heat transfer and interphase force interaction, which includes the Stokes force, the force of the attached masses and the dynamic force of Archimedes. The carrier medium – gas – is assumed to be viscous, compressible and heat-conducting. The system of equations is solved by an explicit second-order MacCormack finite-difference method. A scheme of nonlinear correction of the grid function is used to obtain a monotone solution. Results. Influence of the particle size of the dispersed phase on the velocity and oscillation frequency of the heterogeneous medium is revealed. The dependence between the particle size of the dispersed phase and the intensity of redistribution of the «average density» of particles of the dispersed phase is revealed, and the effect of particle size on changes in the pressure in the channel during the oscillation movements of the mixture is determined

Key words:
DOI:
10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85
References:

1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.
2. Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра, 2003. 284 с.

3. Кисилев С.Г., Руев Г.А., Трунев А.П., Фомин В.Ф., Шавалиев М.Ш. Ударно-волновые процессы в двухкомпонентных и двухфазных средах. Новосибирск: Наука, 1992. 261 с.

4. Гельфанд Б.Е., Губанов А.В., Медведев Е.И., Цыганов С.А. Ударные волны при разлете сжатого объема газовзвеси твёрдых частиц // ДАН СССР. 1985. Т. 281, No 5. С. 1113–1116.

5. Козлов В.Е., Лебедев А.Б., Секундов А.Н., Якубовский К.Я. Моделирование скорости турбулентного гомогенного горения на основе «квазиламинарного» подхода // ТВТ. 2009. Т. 47, No 6. С. 946–953.

6. Рыжков И.И., Степанова И.В. Групповые свойства и точные решения модели вибрационной конвекции бинарной смеси // Прикладная механика и техническая физика. 2011, No 4. С. 72–83.
7. Zabelinskii I.E., Ibraguimova L.B., Shatalov O.P., Tunik U.V. Experimental study and numerical modeling of vibrational oxygen temperature profiles behind a strong shock wave front // Progress in Flight Physics. EUCASS book series: Advances in Aerospace Sciences. Moscow, 2011. P. 231–242.
8. Голуб В.В., Баженова Т.В., Бакланов Д.И., Иванов К.В., Кривокорытов М.С. Применение детонации водородовоздушной смеси в устройствах для безыгольной инъекции // Теплофизика высоких температур. 2013, No 1. С. 147–150.

9. Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Исследование динамики двухкомпонентного газа с пространственно разделенными в начальный момент компонентами // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2014. No 3-4. С. 38 – 43.

10. Садин Д.В. TVD-схема для жестких задач волновой динамики гетерогенных сред негиперболического неконсервативного типа // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2016. Т. 56, No 12. С. 2098–2109.

11. Вараксин Ю.А., Протасов М.В., Яценко В.П. Анализ механизмов осаждения твердых частиц на стенки каналов // Теплофизика высоких температур. 2013, No 5. С. 738–746.

12. Клочков Б.Н., Рейман А.М. Нелинейные модели динамики кровоснабжения участка ткани// Изв. вузов. Прикладная нелинейная динамика. 2010. Т. 18, No 2. С. 131–141.

13. Глазунов А.А., Дьяченко Н.Н., Дьяченко Л.И. Численное исследование течения ультрадис-персных частиц оксида алюминия в сопле ракетного двигателя твердого топлива // Теплофизика и аэромеханика. 2013. Т. 20, No 1. С. 81–88.

14. Веревкин А.А., Циркунов Ю.М. Течение дисперсной примеси в сопле Лаваля и рабочей секции двухфазной гиперзвуковой ударной трубы // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49, No 5 (291). С. 102–113.
15. Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Ударно-волновой разлет газовзвесей // Доклады академии наук. 2016. T. 466, No 4. C. 418–421.
16. Zhuoqing A., Jesse Z. Correlating the apparent viscosity with gas–solid suspension flow in straight pipelines // Powder Technology. 2019. Vol. 345. P. 346–351.

17. 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 – covering statistical, nonlinear, biological, and soft matter physics. https://doi.org/10.1103/PhysRevE.96.042903

18. Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Генерация акустических возмущений движущейся заряженной газовзвесью // Инженерно-физический журнал. 2018, Т. 91, No 5. С. 1–7.

19. Зинченко С.П., Толмачёв Г.Н. О накоплении продуктов распыления сегнетоэлектрической мишени в плазме тлеющего высокочастотного разряда // Прикладная физика. 2012, No 5. С. 53–56.
20. Дикалюк А.С., Суржиков С.Т. Численное моделирование разреженной пылевой плазмы в нормальном тлеющем разряде // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50, No 5. C. 611–619.
21. 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. P. 778–787.

Short text (in English):