Известия высших учебных заведений

Прикладная нелинейная динамика

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


Для цитирования:

Тукмаков Д. А. Численное моделирование колебаний электрически заряженной гетерогенной среды, обусловленных межкомпонентным взаимодействием // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, вып. 3. С. 73-85. DOI: 10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 152)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
533:6, 533:9;519.688

Численное моделирование колебаний электрически заряженной гетерогенной среды, обусловленных межкомпонентным взаимодействием

Авторы: 
Тукмаков Дмитрий Алексеевич, ИММ - обособленное структурное подразделение ФИЦ КазНЦ РАН
Аннотация: 

Цель. Целью работы является численное исследование колебаний двухфазной среды (смеси газа и дисперсной фазы твёрдых частиц), вызванных электрическим зарядом дисперсного компонента и взаимообратным влиянием динамики газа и твёрдых частиц, а также влияние на динамические процессы в смеси линейного размера дисперсных частиц. Методы. С помощью численной модели электрически заряженной газовзвеси моделировались различные режимы колебательной динамики запылённой среды. Электрически заряженными предполагаются твёрдые частицы. В моделируемом процессе заряд всех частиц имеет одинаковый знак. Запылённая среда моделируется монодисперсной – все частицы имеют одинаковый размер, также предполагается, что все частицы состоят из материала с одинаковой плотностью и теплоёмкостью. Математическая модель предполагает скоростную и температурную неравновесность исследуемых процессов. Модель учитывает межфазный теплообмен, а также межфазное силовое взаимодействие, включающее в себя силу Стокса, силу присоединённых масс и динамическую силу Архимеда. Несущая среда – газ – предполагается вязкой, сжимаемой и теплопроводной. Система уравнений решается явным конечно-разностным методом Мак-Кормака второго порядка точности. Для получения монотонного решения применяется схема нелинейной коррекции сеточной функции. Результаты. Выявлено влияние размера частиц дисперсной фазы на скорость и частоту колебаний гетерогенной среды. Определена зависимость между размером частиц дисперсной фазы и интенсивностью перераспределения «средней плотности» частиц дисперсной фазы, а также определено влияние размера частиц на изменения давления в канале при колебательных движениях смеси.

Список источников: 
  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.
  22. Mamun A.A., Shukla P.K., Bingham R. Plasma voids (holes) in a dusty plasma // Physics Letters A. 2002. Т. 298. № 2–3. P. 179–184. 
  23. 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, no. 11. 113703. https://doi.org/10.1063/1.5003972.
  24. Haralson Z., Goree J. Overestimation of viscosity by the Green-Kubo method in a dusty plasma experiment // Phys. Rev. Lett. Vol. 118. 195001. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.195001
  25. 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. T. 56, вып. 4. C. 498–502. 
  26. Tukmakov A.L., Kashapov N.F., Tukmakov D.A., Fazlyyakhmatov M.G. Numerical modeling of the powder materials spraying // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 412, conference 1.
  27. Сальянов Ф.А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. М.: Наука, 1997. 240 c.
  28. Fletcher C.A. Computation Techniques for Fluid Dynamics. Springer-Verlang, Berlin et al., 1988. 502 p.
  29. 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.
  30. Крылов В.И., Бобков В.В., Монастырный П.И. Вычислительные методы. Т. 2. М.: Наука, 1977. 401 с.
Поступила в редакцию: 
20.03.2019
Принята к публикации: 
23.04.2019
Опубликована: 
20.06.2019
Краткое содержание:
(загрузок: 194)