Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Тукмаков Д. А., Ахунов А. А. Численное исследование влияния электрического заряда дисперсной фазы на распространение ударной волны из чистого газа в запылённую среду // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 3. С. 183-192. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-3-183-192

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
31.08.2020
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 243)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Радиофизика, электроника, акустика
УДК: 
51.72:533:537
DOI: 
10.18500/1817-3020-2020-20-3-183-192

Численное исследование влияния электрического заряда дисперсной фазы на распространение ударной волны из чистого газа в запылённую среду

Авторы: 
Тукмаков Дмитрий Алексеевич, Федеральный исследовательский центр Казанского научного центра Российской академии наук
Ахунов Адель Айратович, Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева
Аннотация: 

Рассматривается распространение ударной волны из чистого газа в гетерогенную смесь, состоящую из твердых частиц, взвешенных в газе и имеющих электрический заряд. Применяемая математическая модель учитывает скоростное и тепловое взаимодействие несущей и дисперсной компонент смеси. Силовое взаимодействие частиц и газа описывалось силой аэродинамического сопротивления. Несущая среда описывалась как вязкий сжимаемый теплопроводный газ. Уравнения математической модели решались явным конечно-разностным методом второго порядка точности с применением схемы нелинейной коррекции сеточной функции. Система уравнений математической модели дополнялась граничными и начальными условиями для искомых функций, описывающих динамику несущей и дисперсной компонент смеси. В результате численного моделирования было выявлено, что в электрически заряженной газовзвеси наблюдается отличие в давлении и скорости газа, «средней плотности» и скорости дисперсной компоненты от аналогичных величин в газовзвеси с электрически нейтральной дисперсной компонентой. При этом на участках канала, где значение «средней плотности» в электрически заряженной газовзвеси больше, чем в нейтральной, наблюдается рост давления и уменьшение скорости несущей среды.

Ключевые слова: 
многофазные среды
межфазное взаимодействие
ударные волны
уравнение Навье – Стокса
сила Кулона
Список источников: 
  1. Нигматулин Р. И. Динамика многофазных сред : в 2 ч. М. : Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
  2. Губайдуллин Д. А. Динамика двухфазных парогазокапельных сред. Казань : Изд-во Казан. матем. о-ва, 1998. 153 с.
  3. Кутушев А. Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб. : Недра, 2003. 284 с.
  4. Федоров А. В., Фомин В. М., Хмель Т. А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск : Параллель, 2015. 300 с.
  5. Sadin D. V. TVD scheme for stiff problems of wave dynamics of heterogeneous media of nonhyperbolic nonconservative type // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2016. Vol. 56, № 12. P. 2068–2078. DOI: https://doi.org/10.1134/S0965542516120137
  6. Varaksin A. Y., Protasov M. V., Yatsenko V. P. Analysis of the deposition processes of solid particles onto channel walls // High Temperature. 2013. Vol. 51, № 5. P. 665–672. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X13050210
  7. Varaksin A. Y. Clusterization of particles in turbulent and vortex two-phase flows // High Temperature. 2014. Vol. 52, № 5. P. 752–769. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X14050204
  8. Glazunov A. A., Dyachenko N. N., Dyachenko L. I. Numerical investigation of the flow of ultradisperse particles of the aluminum oxide in the solid-fuel rocket engine nozzle // Thermophysics and Aeromechanics. 2013. Vol. 20, № 1. P. 79–86. DOI: https://doi.org/10.1134/S0869864313010071
  9. Zhuoqing A., Jesse Z. Correlating the apparent viscosity with gas-solid suspension flow in straight pipelines // Powder Technology. 2019. March 1. Vol. 345. P. 346–351. DOI: https://doi.org/10.1016/j.powtec.2018.12.098
  10. Gubaidullin D. A., Tukmakov D. A. Numerical investigation of the evolution of a shock wave in a gas suspension with consideration for the nonuniform distribution of the particles // Mathematical Models and Computer Simulations. 2015. Vol. 7, iss. 3, P. 246–253. DOI: https://doi.org/10.1134/S2070048215030072
  11. Nigmatulin R. I., Gubaidullin D. A., Tukmakov D. A. Shock Wave Dispersion of Gas-Particle Mixtures // Doklady Physics. 2016. Vol. 61, № 2. P. 70–73. DOI: https://doi.org/10.1134/S1028335816020038
  12. Tada Y., Yoshioka S., Takimoto A., Hayashi Y. Heat transfer enhancement in a gas–solid suspension flow by applying electric field // Inter. J. of Heat and Mass Transfer. 2016. February. Vol. 93. P. 778–787. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2015.09.063
  13. Zinchenko S. P., Tolmachev G. N. Accumulation of products of ferroelectric target sputtering in the plasma of an rf glow discharge // Plasma Physics Reports. 2013. Vol. 39, № 13. P. 1096–1098. DOI: https://doi.org/10.1134/S1063780X13050176
  14. Dikalyuk A. S., Surzhikov S. T. Numerical simulation of rarefi ed dusty plasma in a normal glow discharge // High Temperature. 2012. Vol. 50, № 5. P. 571–578. DOI: https://doi.org/10.1134/S0018151X12040050
  15. Tukmakov A. L., Tukmakov D. A. Generation of Acoustic Disturbances by a Moving Charged Gas Suspension // Journal of Engineering Physics and Thermophysics. 2018. Vol. 91, iss. 5. P. 1141–1147. DOI: https://doi.org/10.1007/s10891-018-1842-8
  16. Панюшкин В. В., Пашин М. М. Измерение заряда порошка, наносимого распылителями с внешней зарядкой // Лакокрасочные материалы и их применение. 1984. № 2. С. 25–27.
  17. Gubaidullin D. A., Tukmakov D. A. Influence of the disperse phase properties on characteristics of the shock wave passing the direct shock from pure gas in the gas mixture // Russian Aeronautics. 2017. Vol. 60, № 3. P. 457–462. DOI: https://doi.org/10.3103/S1068799817030205
  18. Тукмаков Д. А. Численное моделирование колебаний электрически заряженной гетерогенной среды, обусловленных межкомпонентным взаимодействием // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, № 3. С. 73–85. DOI: https://doi.org/10.18500/0869-6632-2019-27-3-73-85
  19. Сальянов Ф. А. Основы физики низкотемпературной плазмы, плазменных аппаратов и технологий. М. : Наука, 1997. 240 c.
  20. Fletcher C. A. Computation Techniques for Fluid Dynamics. Berlin, etc. : Springer-Verlang, 1988. 502 p.
  21. Тукмаков А. Л. Численное моделирование акустических течений при резонансных колебаниях газа в закрытой трубе // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2006. № 4. С. 33–36.
  22. 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.
  23. Крылов В. И., Бобков В. В., Монастырный П. И. Вычислительные методы : в 2 т. М. : Наука, 1977. Т. 2. 401 с.
  • 1045 просмотров