ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ АЭРОЗОЛЯ В АКУСТИЧЕСКОМ РЕЗОНАТОРЕ КУБИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
- Авторы: Тукмаков Д.А1, Тукмакова Н.А2
-
Учреждения:
- Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук
- Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева
- Выпуск: Том 18, № 1 (2022)
- Страницы: 3-11
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/2500-0640/article/view/630747
- DOI: https://doi.org/10.7868/S25000640220101
- ID: 630747
Цитировать
Полный текст
Открытый доступ
Доступ предоставлен
Доступ платный или только для подписчиков
Аннотация
Работа посвящена моделированию колебаний аэрозоля в акустическом резонаторе кубической формы, а также в акустическом резонаторе в форме трубы, в которой высота на порядок больше ширины. Математическая модель учитывала вязкость, сжимаемость и теплопроводность несущей среды. Для каждой из фаз смеси, газовой и дисперсной, решалась полная гидродинамическая система уравнений, состоящая из уравнений непрерывности массы, пространственных компонент импульса и энергии. Межфазное взаимодействие включало в себя обмен импульсом и теплообмен. Межфазный обмен импульсом учитывал силу аэродинамического сопротивления, динамическую силу Архимеда и силу присоединенных масс. Уравнения интегрировались конечно-разностным методом второго порядка точности. Для подавления численных осцилляций применялась схема нелинейной коррекции. Уравнения математической модели были дополнены граничными условиями – для составляющих скорости несущей и дисперсной фаз смеси задавались однородные граничные условия Дирихле на неподвижных поверхностях и однородные граничные условия Неймана для остальных физических параметров смеси. На движущихся поверхностях задавалось изменение вертикальной составляющей скорости. Численные расчеты колебаний аэрозоля в трубе сопоставлены с результатами физического эксперимента, сопоставление показало приемлемые результаты. Выявлены закономерности влияния объемного содержания на динамику компонент смеси. Результаты расчетов демонстрируют, что величина изменения амплитуды давления и скорости несущей среды и скорости дисперсной фазы обратно пропорциональна объемному содержанию дисперсной фазы. Выявленная закономерность объясняется увеличением межфазного взаимодействия при увеличении концентрации дисперсной фазы. Также увеличение объемного содержания аэрозоля приводит к уменьшению не только амплитуды колебаний, но и резонансной частоты.
Об авторах
Д. А Тукмаков
Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук
Email: tukmakovda@imm.knc.ru
Российская Федерация, 420111, г. Казань
Н. А Тукмакова
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. ТуполеваРоссийская Федерация, 420111, г. Казань
Список литературы
- Нигматулин Р.И. 1987. Динамика многофазных сред. Часть 1. М., Наука: 464 с.
- Кутушев А.Г. 2003. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб., Недра: 284 с.
- Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. 2015. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск, Параллель: 301 с.
- Лойцянский Л.Г. 2003. Механика жидкости и газа. М., Дрофа: 784 с.
- Федяев В.Л. 2009. Математическое моделирование и оптимизация градирен. Труды Академэнерго. 3: 91–107.
- Волошин А.М., Салюков В.В., Громов В.С., Зарецкий Я.В., Серазетдинов Ф.Ш., Тонконог В.Г., Явкин В.Б., Голованов А.А. 2010. Разработка и создание устройств очистки транспортируемого газа. Газовая промышленность. 1: 73–75.
- Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. 2017. Экспериментальное исследование коагуляции и осаждения газовзвеси в закрытой трубе при переходе к ударно-волновому режиму. Теплофизика высоких температур. 55(3): 484–486. doi: 10.7868/S0040364417030097
- Шайдуллин Л.Р., Кабиров А.А. 2020. Экспериментальное исследование колебаний газа и аэрозоля в кубическом резонаторе вблизи резонанса. В кн.: Волны и вихри в сложных средах. 11-ая международная конференция (Москва, 1–3 декабря 2020 г.). М., ИСПО-принт: 236–237.
- Аганин А.А., Ильгамов М.А. 1994. Нелинейные колебания газа в закрытой трубе. Прикладная механика и техническая физика. 35(6): 39–43.
- Нестеров С.В., Акуленко Л.Д., Байдулов В.Г. 2016. Собственные колебания акустического резонатора с локальной перегородкой. Доклады Академии наук. 470(3): 279–282. doi: 10.7868/S0869565216270104
- Gubaidullin D.A., Osipov P.P., Abdyushev A.A. 2021. Simulation using the limiting velocity approach of acoustic streaming establishment and aerosol particle focusing in complex-shaped acoustofluidic devices. Applied Mathematical Modelling. 92: 785–797. doi: 10.1016/j.apm.2020.10.022
- Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. 2011. Применение неявной конечно-разностной схемы с весами для моделирования колебаний газа в акустическом резонаторе. Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. 4: 119–127.
- Тонконог В.Г., Тукмаков Д.А. 2013. Нелинейные колебания газовзвеси и дрейф твердой фазы в акустическом резонаторе проточного типа. Инженерно-физический журнал. 86(3): 576–583.
- Тукмаков Д.А. 2020. Численное исследование влияния свойств газовой составляющей взвеси твердых частиц на разлет сжатого объема газовзвеси в двухкомпонентной среде. Инженерно-физический журнал. 93(2): 304–310.
- Тукмаков Д.А., Ахунов А.А. 2020. Численное исследование влияния электрического заряда дисперсной фазы на распространение ударной волны из чистого газа в запылённую среду. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 20(3): 183–192. doi: 10.18500/1817-3020-2020-20-3-183-192
- Флетчер К. 1991. Вычислительные методы в динамике жидкостей. В 2-х томах. Т. 2. М., Мир: 552 с.
- Тукмаков А.Л. 2003. Хаотические колебания аэроупругой системы с синхронизацией при противофазном возбуждении. Прикладная механика и техническая физика. 44(6): 49–55.
- Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. 1993. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа. Математическое моделирование. 5(3): 74–83.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.В. 1986. Теоретическая физика. Гидродинамика. М., Наука: 736 с.
- Красильников В.А., Крылов В.В. 1984. Введение в физическую акустику. М., Наука: 403 с.
Дополнительные файлы
