Трехмерная численная модель ультразвуковой коагуляции аэрозольных частиц PM2.5 в вихревых акустических течениях
- 作者: Хмелёв В.1, Шалунов А.1, Голых Р.1
-
隶属关系:
- ФГБОУ ВО “Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова”
- 期: 卷 58, 编号 1 (2024)
- 页面: 43-54
- 栏目: Articles
- ##submission.datePublished##: 21.07.2024
- URL: https://journals.rcsi.science/0040-3571/article/view/260028
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0040357124010061
- EDN: https://elibrary.ru/ZDNXYC
- ID: 260028
如何引用文章
详细
Эффективность существующих пылеуловителей для частиц размером PM2.5, представляющих значительную опасность для здоровья человека и обнаруживаемых в местах, ранее считавшихся свободными от таких частиц, сводится к нулю. Один из наиболее эффективных способов укрупнения частиц для повышения эффективности существующих пылеуловителей – принудительная ультразвуковая коагуляция аэрозолей. Однако ультразвуковая коагуляция является эффективной лишь, начиная с размеров частиц 5...10 мкм и более. Поэтому проведенные авторами исследования направлены на поиск и теоретическое обоснование возможностей повышения эффективности коагуляции PM2.5 за счет создания условий формирования трехмерных нелинейных эффектов – вихревых течений и турбулентных возмущений. Предложена численная модель ультразвуковой коагуляции с учетом данных эффектов. Проведенный численный анализ модели на примере аэрозоля PM2.5 позволил установить, что наиболее эффективно коагуляция реализуется в резонансных акустических полях, в которых вихревые течения и турбулентные возмущения обладают максимальной скоростью. Наличие трехмерных турбулентных возмущений приводит к тому, что эффективность коагуляции достигает практически 100% при уровне звукового давления не более 165 дБ.
作者简介
В. Хмелёв
ФГБОУ ВО “Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова”
编辑信件的主要联系方式.
Email: eegrn@bti.secna.ru
Бийский технологический институт
俄罗斯联邦, г. БийскА. Шалунов
ФГБОУ ВО “Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова”
Email: eegrn@bti.secna.ru
Бийский технологический институт
俄罗斯联邦, г. БийскР. Голых
ФГБОУ ВО “Алтайский государственный технический университет им. И. И. Ползунова”
Email: eegrn@bti.secna.ru
Бийский технологический институт
俄罗斯联邦, г. Бийск参考
- Zhang Y., Yang Y., Chen, J., Shi, M. Spatiotemporal heterogeneity of the relationships between PM 2.5 concentrations and their drivers in China’s coastal ports // J. Environ. Manag. 2023. V. 345. P. 118698. Hassan Md. S., Gomes R., Bhuiyan M., Rahman M. Land Use PM 2.5 in Central Bangladesh // Pollutants. 2023. V. 3. P. 381–395.
- Ihsan I., Oktivia R., Anjani R., Zahroh N. Health risk assessment of PM 2.5 and PM 10 in KST BJ Habibie, South Tangerang, Indonesia // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2023. V. 1201. P. 012033.
- Ma Y., Zang E., Liu Y., Lu Y., Krumholz H., Bell M., Chen K. Wildfire smoke PM 2.5 and mortality in the contiguous United States // medRxiv: the preprint server for health sciences. 2023.
- Лаптев А.Г., Башаров М.М., Лаптева Е.А. Сепарационная и энергетическая эффективность насадочных аппаратов очистки газов от аэрозолей // Теорет. основы хим. технологии. 2017. Т. 51. № 5. С. 491–498.
- Лаптев А.Г., Лаптева Е.А. Определение эффективности насадочных газосепараторов капельных аэрозолей с учетом неравномерности профиля скорости газа // Теорет. основы хим. технологии. 2021. Т. 55. № 2. С. 235–241.
- Riera E., González-Gómez I., Corral G., Gallego-Juarez J. Ultrasonic agglomeration and preconditioning of aerosol particles for environmental and other applications // Power Ultrasonics (Second Ed.). 2021. V. 55. № 2. С. 235–241.
- Song L. Modeling of Acoustic Agglomeration of Fine Aerosol Particles. Ph. D. Thesis. USA: The Pennsylvania State University, 1990.
- Moldavsky L., Gutfinger C., Oron A., Fichman M. Effect of sonic waves on gas filtration by granular beds // J. Aerosol Sci. 2013. V. 57. P. 125–130.
- Moldavsky L., Gutfinger C., Fichman M. Effect of acoustic waves on the performance of a multi-cyclone – Filter system // Filtration. 2011. V. 11. P. 229–232.
- Sheng C., Shen X. Simulation of acoustic agglomeration processes of poly-disperse solid particles // Aerosol Sci. Technol. 2007. V. 41. № 1. P. 1–13.
- Shaw D.T., Tu K.W. Acoustic particle agglomeration due to hydrodynamic interaction between monodisperse aerosols // J. Aerosol Sci. 1979. V. 10. P. 317–328.
- Dong S., Lipkens B., Cameron T. The effects of orthokinetic collision, acoustic wake, and gravity on acoustic agglomeration of polydisperse aerosols // J Aerosol Sci. 2006. V. 37. P. 540–553.
- Khmelyov V.N., Golykh R.N., Nesterov V.A., Shalunov A.V. Numerical Model of Ultrasonic Agglomeration of Submicron Particles in Resonant Gas Gaps // J. Eng. Phys Thermophy. 2023. V. 96. P. 255–265.
- Khmelev V.N., Golykh R.N., Shalunov A.V., Nesterov V.A. Numerical model of ultrasonic coagulation of dispersed particles in Eckart flows // Inter. Phenom. Heat Trans. 2022. V. 10. № 2. P. 1–23.
- Khmelev V.N., Shalunov A.V., Nesterov V.A. Improving the separation efficient of particles smaller than 2.5 micrometer by combining ultrasonic agglomeration and swirling flow techniques // PLoS One. 2020. V. 15. № 9. P. 1–6.
- Shi Y., Bai W., Zhao Z., Ayantobo O., Wang G. Theoretical analysis of acoustic and turbulent agglomeration of droplet aerosols // Adv. Powder Technol. 2023. V. 34. Iss. 10. P. 104145.
- Sommerfeld M., Stübing S. Lagrangian modeling of agglomeration for applications to spray drying // 9th International ERCOFTAC Symposium on Engineering Turbulence Modeling and Measurements. Thessaloniki, Greece, 2012.
- Sommerfeld M. Validation of a stochastic Lagrangian modelling approach for inter-particle collisions in homogeneous isotropic turbulence // Int. J. Multiphase Flows. 2001. Vol. 27. P. 1828–1858.
- Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука, 1975.
- Giese J.H. Stream Functions for Three-Dimensional Flows // J. Mathem. Physics. 1951.Sherif A., Hafez M. Computation of three-dimensional transonic flows using two stream functions // Int. J. Num. Meth. Fluids. 1988. V. 8. P. 17–29.
- Buffoni B., Wahlén E. Steady three-dimensional rotational flows: An approach via two stream functions and Nash-Moser iteration // Analysis & PDE. 2017. V. 12.
- Khmelev V.N., Shalunov A.V., Nesterov V.A. Summation of high-frequency Langevin transducers vibrations for increasing of ultrasonic radiator power // Ultrasonics. 2021. V. 114. P. 1–12.