Numerical Investigation of the Mass Transfer of Dispersed Particles during the Passage of a Shockwave in a Mono and Polydisperse Gas Suspension

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper numerically simulates the propagation of a shock wave through a gas suspension. The carrier medium was described as a viscous, compressible, heat-conducting gas. The mathematical model implemented a continuum method for the dynamics of multiphase media, taking into account the interaction of the carrier medium and the dispersed phase. The mass transfer of disperse inclusions suspended in the gas, caused by the interaction of the shock wave with monodisperse gas suspensions and with gas suspensions having a multi-fractional composition, was modeled. Differences in the mass transfer of particles depending on the particle size are revealed. It was also found that the process of mass transfer of dispersed inclusions in a monodisperse gas suspension differs from a similar process for a fraction of a polydisperse gas suspension having the same particle size and the same volume content.

About the authors

D. A. Gubaidullin

Federal Res. Center Kazan Sci. Center of the RAS

Author for correspondence.
Email: gubaidullin@imm.knc.ru
Russia, Kazan

D. A. Tukmakov

Federal Res. Center Kazan Sci. Center of the RAS

Author for correspondence.
Email: gubaidullin@imm.knc.ru
Russia, Kazan

References

  1. Нигматулин Р.И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука, 1978. 336 с.
  2. Стернин Л.Е. Двухфазные моно- и полидисперсные течения газа с частицами. М.: Машиностроение, 1980. 176 с.
  3. Дейч М.Е., Филиппов Г.А. Газодинамика двухфазных сред. М.: Энергоиздат, 1981. 472 с.
  4. Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра, 2003. 284 с.
  5. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. Новосибирск.: Параллель, 2015. 301 с.
  6. Вараксин А.Ю., Протасов М.В. О влиянии вдува газа на защиту поверхностей тел, обтекаемых двухфазным потоком // ТВТ. 2017. № 6. С. 785–788.
  7. Пахомов М.А., Терехов В.И. Влияние испарения капель на структуру течения и тепломас-собмен в ограниченном закрученном газокапельном потоке за его внезапным расширением // Теплофиз. и аэромех. 2018. № 6. С. 865–875.
  8. Голубкина И.В., Осипцов А.Н. Волны уплотнения с частичной и полной дисперсией в газокапельной среде с фазовыми переходами // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 3. С. 44–55.
  9. Садин Д.В. Численное и аналитическое исследование разлета газовзвеси в закрытой ударной трубе // Научно-технич. ведомости С.-Петербургского гос. политех. ун-та. Сер. Физ.-мат. науки. 2021. № 4. С. 40–49.
  10. Yeom G.S., Chang K.S. Shock wave diffraction about a wedge in a gas-microdroplet mixture // Int. J. Heat&Mass Trans. 2010. V. 53. P. 5073–5088.
  11. Saurel R., Boivin P., Le Metayer O. A general formulation for cavitating, boiling and evaporating flows // Computers&Fluids. 2016. V. 128. P. 53–64.
  12. Kapila A.K., Schwendeman D.W., Gambino J.R., Henshaw W.D. A numerical study of the dynamics of detonation initiated by cavity collapse // Shock Waves. 2015. V. 25. P. 545–572.
  13. Watanabe H., Matsuo A., Chinnayya A. et al. Numerical analysis of the mean structure of gaseous detonation with dilute water spray // J. Fluid Mech. 2020. V. 887.
  14. LinYoo Y., Hong-Gye S. Numerical investigation of an interaction between shock waves and bubble in a compressible multiphase flow using a diffuse interface method // Int. J. Heat&Mass Trans. 2018. V. 127. P. 210–221.
  15. Назаров Д.А., Синицын Д.С., Мосунова Н.А., Сорокин А.А. Моделирование поведения аэрозолей продуктов деления в защитной оболочке // Теплоэнергетика. 2022. № 9. С. 57–65.
  16. Давыдова М.А., Чхетиани О.Г., Левашова Н.Т., Нечаева А.Л. Об оценке вклада вторичных вихревых структур в перенос аэрозолей в атмосферном пограничном слое //ПММ. 2022. Т. 86. № 5. С. 765–778.
  17. Пискунов В.Н. Аналитические и численные результаты по кинетике процессов коагуляции и распада частиц // ПММ. 2012. Т. 76. № 6. С. 954–980.
  18. Болотнова Р.Х., Гайнуллина Э.Ф. Влияние теплообменных процессов на снижение интенсивности сферического взрыва в водной пене // ПММ. 2019. Т. 83. № 3. С. 468–477.
  19. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Численная модель тепломассообмена и сепарации дисперсной фазы в высокоскоростных дисперсно-кольцевых потоках газа и жидкости // ЖТФ. 2022. Т. 92. № 9. С. 1319–1326.
  20. Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение эффективности насадочных газосепараторов капельных аэрозолей с учетом неравномерности профиля скорости газа // Теоретич. основы химич. технол. 2021. Т. 55. № 2. С. 235–241.
  21. Замалиева А.Т., Беляева Г.И. Изменение аэродинамических свойств и эффективности в циклонных аппаратах посредством численных и натурных исследований // Вестн. Технологич. ун-та. 2015. Т. 18. № 4. С. 134–137.
  22. Азаров В.Н., Кошкарев С.А. К модели улавливания пыли в сепарационных устройствах с фильтрующе-взвешенным слоем в стройиндустрии // Изв. вузов. Строительство. 2015. № 2. С. 73–79.
  23. Федоров А.В., Бедарев И.А. Структура ударных волн в газовзвеси с хаотическим давлением частиц // Матем. моделир. 2017. Т. 29. № 6. С. 3–20.
  24. Бедарев И.А., Федоров А.В., Шульгин А.В. Расчет бегущей волны в гетерогенной среде с двумя давлениями при уравнении состояния газа, зависящем от концентраций фаз // ЖВММФ. 2018. Т. 58. № 5. С. 806–820.
  25. Ингель Л.Х. Нелинейное взаимодействие двух составляющих движения при осаждении тяжелой частицы в сдвиговом течении // ЖТФ. 2012. Т. 82. № 11. С. 122–125.
  26. Gubaidullin D.A., Panin K.A., Fedorov Y.V. Acoustics of a liquid with droplets covered by a shell in the presence of phase transitions // Fluid Dyn. 2022. V. 57. № 4. P. 459–468.
  27. Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А., Тукмаков Д.А. Ударно-волновой раздет газовзвесей // Докл. РАН. 2016. Т. 466. № 4. С. 418–421.
  28. Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Динамика заряженной газовзвеси с начальным пространственно неравномерным распределением средней плотности дисперсной фазы при переходе к равновесному состоянию // ТВТ. 2017. Т. 55. № 4. С. 509–512.
  29. Тукмаков Д.А., Тукмакова Н.А. Влияние распределения дисперсной фазы на параметры ударной волны в газовзвеси // Инжен.-физ. ж. 2018. № 1. С. 221–224.
  30. Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния свойств газовой составляющей взвеси твердых частиц на разлет сжатого объема газовзвеси в двухкомпонентной среде // Инжен.-физ. ж. 2020. Т. 93. № 2. С. 304–310.
  31. Тукмаков А.Л., Тукмаков Д.А. Численное исследование влияния параметров дисперсных частиц на осаждение твердой фазы электрически заряженной полидисперсной газовзвеси // Изв. Сарат. ун-та. Сер. Матем. Мех. Информ. 2022. Т. 22. № 1. С. 90–102.
  32. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей В 2-х тт., Т. 2. М.: Мир, 1991. 552 с.
  33. Тукмаков А.Л. Возникновение синфазных колебаний тонких пластин при аэроупругом взаимодействии // ПМТФ. 2003. Т. 44. № 1 (257). С. 77–82.
  34. Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа // Матем. моделир. 1993. № 3. С. 74–83.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1.

Download (113KB)
Indexing metadata
2.

Download (1MB)
Indexing metadata
3.

Download (609KB)
Indexing metadata
4.

Download (54KB)
Indexing metadata
5.

Download (773KB)
Indexing metadata
6.

Download (1000KB)
Indexing metadata
7.

Download (152KB)
Indexing metadata
8.

Download (61KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Д.А. Губайдуллин, Д.А. Тукмаков

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies