кандидат физико-математических наук
Candidate of Physical and Mathematical Sciences
аспирант
graduate student
Данная работа посвящена численному моделированию процесса распространения удар-ной волны малой интенсивности из чистого газа в неоднородную среду представляющеюсобой газовую взвесь твердых частиц. В вычислительных экспериментах рассматривалиськак электрические нейтральные, так и заряженные взвеси твердых частиц. В использо-ванной в работе математической модели сохранение компонент импульса несущей средыописывалось системой уравнений Навье-Стокса для сжимаемого газа в двухмерной поста-новке. При описании взаимодействия несущей и дисперсной фазы газовзвеси учитывалисьсила Стокса, динамическая сила Архимеда, сила присоединённых масс, также учитывал-ся межфазный теплообмен. Для дисперсной компоненты смеси решалась полная гидроди-намическая система уравнений движения, включавшая в себя уравнение неразрывности,сохранений импульса и энергии. Система уравнений математической модели дополненнаяграничными условиями решалась явным конечно-разностным методом второго порядкаточности. Также в численной модели использовался алгоритм подавления численных ос-цилляций. Численное моделирование показало, что наличие электрического заряда в дис-персной компоненте смеси оказывает воздействие на движение дисперсной компонентыи вследствие межфазного взаимодействия на течение газа. В результате численных рас-чётов было выявлено, что увеличение размера частиц приводит к существенному ростумежфазного скоростного скольжения. Было определено, что интенсивность скоростногоскольжения между несущей и дисперсной фазами в электрически заряженной запылён-ной среде возрастает в направлении увеличения удельной силы Кулона, в то время как вэлектрически нейтральной газовзвеси рост скоростного скольжения происходит в направ-лении движения ударной волны.
The paper is devoted to numerical modeling of the process of propagation of a low-intensityshock wave from a pure gas into an inhomogeneous medium, which is a gas suspensionof solid particles. Computational experiments considered both electric neutral and chargedsuspensions of solid particles. In the mathematical model used in the work, the conservationof the momentum components of the carrier medium was described by the system of Navier-Stokes equations for a compressible gas in a two-dimensional formulation. When describingthe interaction of the carrier and the dispersed phase of the gas suspension, the Stokes law,Archimedes’ principle, the virtual masses force were considered, interphase heat transfer wasalso taken into account. For the dispersed component of the mixture, a complete hydrodynamicsystem of equations of motion was solved. It included the equation of continuity, the equationof conservation of momentum and energy. The system of equations of the mathematical model,supplemented by boundary conditions, was solved by an explicit finite-difference method ofthe second order of accuracy. In the numerical model, an algorithm for suppressing numericaloscillations was also used. Numerical modeling showed that the presence of an electric charge inthe dispersed component of the mixture affects the movement of the dispersed component and,due to interfacial interaction, the gas flow. As a result of numerical calculations, it was foundthat an increase in particle size leads to a significant increase in interfacial velocity slip. It wasdetermined that the intensity of the velocity slip between the carrier and the dispersed phases inan electrically charged dusty medium occurs in the direction of increasing the specific Coulombforce. While in an electrically neutral gas suspension, the growth of velocity slip occurs in thedirection of motion of the shock wave.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.