STRUKTURA TEChENIYa PRI OBTEKANII ZATUPLENNOGO TELA DOZVUKOVYM GAZODISPERSNYM POTOKOM

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Приводятся результаты численных расчетов локальной структуры течения, турбулентности двухфазного течения и объемной концентрации твердых частиц в районе точки торможения у цилиндрического тела с плоским торцом. В численных расчетах используется RANS-подход и модель переноса компонент тензора рейнольдсовых напряжений с учетом двухфазности потока. Численные расчеты показали значительный рост объемной концентрации частиц вблизи поверхности тела. Все три использованных в работе подхода по моделированию динамики дисперсной фазы дают качественно подобные результаты (отличие не превышает 25%) для случая течения в трубе при отсутствии установленного тела. Результаты расчетов по эйлерову и лагранжеву подходам показывают только качественное согласие с данными экспериментов и полного лагранжева метода расчетов для случая наличия обтекаемого тела. При этом наибольшее отличие для эйлерова подхода достигает 75% в окрестности поверхности тела. Для лагранжева метода показано, что максимальное отличие не превышает 35% в окрестности установленного тела. Получено удовлетворительное количественное согласие с данными экспериментов для случая полного лагранжева описания в распределениях массовой концентрации частиц (отличие не превышает 20%). Все три расчета качественно верно воспроизводят распределения массовой концентрации твердых частиц при наличии установленного тела.

References

  1. Tu J.Y., Yeoh G.H., Morsi Y.S., Yang W. A Study of Particle Rebounding Characteristics of a Gas–Particle Flow over a Curved Wall Surface // Aerosol Sci. Techn. 2004. V. 38. № 7. P. 739.
  2. Вараксин А.Ю. Обтекание тел дисперсными газовыми потоками // ТВТ. 2018. Т. 56. № 2. С. 282.
  3. Панфилов С.В., Романов Д.А., Циркунов Ю.М. Обтекание тел запыленным газом при рассеянии отраженных частиц // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 4. С. 64.
  4. Василевский Э.Б., Осипцов А.Н., Чиркин Л.В., Яковлева Л.В. Теплообмен на лобовой поверхности затупленного тела в высокоскоростном потоке, содержащем малоинерционные частицы // ИФЖ. 2001. Т. 74. № 6. С. 29.
  5. Спокойный Ф.Е., Горбис З.Р. Особенности осаждения тонкодиспергированных частиц из охлаждаемого газового потока на поперечно обтекаемой поверхности теплообмена // ТВТ. 1981. Т. 19. № 1. С. 182.
  6. Полежеев Ю.В., Михатриш Д.С. Эрозия поверхностей в гетерогенных потоках. Препринт № 2-277. М.: ИВТ АН СССР, 1989. 67 с.
  7. Давыдов Ю.М., Николаич В.И. Расчет внешнего обтекания затупленных тел гетерогенным потоком газа с каплями или частицами // Докл. АН СССР. 1981. Т. 259. № 1. С. 57.
  8. Циркунов Ю.М. Влияние вязкого пограничного слоя на осаждение частиц при обтекании сферы газовзвесью // Изв. АН СССР. МЖГ. 1982. № 1. С. 59.
  9. Головачев Ю.В., Шмидт А.А. Обтекание затупленного тела сверхзвуковым потоком запыленного газа // Изв. АН СССР. МЖГ. 1982. № 3. С. 73.
  10. Трунев А.П., Фомин В.М. Обтекание тел двухфазным потоком типа газ–твердые частицы с учетом эрозии // ПМТФ. 1985. № 1. С. 69.
  11. Grant G., Tabakoff W. Erosion Prediction in Turbomachinery Resulting from Environmental Solid Particles // J. Aircraft. 1975. V. 12. P. 471.
  12. Levy A.V. The Solid Particle Erosion Behavior of Steel as a Function of Microstructure // Wear. 1981. V. 68. P. 269.
  13. Fan J., Zhou D., Jin D., Chen K. Numerical Simulation of Tube Erosion by Particle Impaction // Wear. 1991. V. 142. P. 171.
  14. Parsi M., Najmi K., Najafifard F., Hassani S., McLaury B.S., Shirazi S.A. A Comprehensive Review of Solid Particle Erosion Modeling for Oil and Gas Wells and Pipelines Applications // J. Nat. Gas Sci. Eng. 2014. V. 21. P. 850.
  15. Alqallaf J., Ali N., Teixeira J.A., Addali A. Solid Particles Erosion Behaviour and Protective Coatings for Gas Turbine Compressor Blades – A Review // Processes. 2020. V. 8. P. 984.
  16. Nash J.W.K., Zekos I., Stack M.M. Mapping of Meteorological Observations over the Island of Ireland to Enhance the Understanding the Prediction of Rain Erosion in Wind Turbine Blades // Energies. 2021. V. 14. P. 4555.
  17. Prieto R., Karlsson T. A Model to Estimate the Effect of Variables Causing Erosion in Wind Turbine Blades // Wind Energy. 2021. V. 24. P. 1031.
  18. Hong B., Li X., Li Y., Yu Y., Wang Y., Gong J., Ai D. Numerical Simulation of Elbow Erosion in Shale Gas Fields under Gas–Solid Two-phase Flow // Energies. 2021. V. 14. P. 3804.
  19. Hu J., Zhang H., Zhang J., Niu S., Cai W. Gas–Solid Erosion Wear Characteristics of Two-phase Flow Tee Pipe // Mechanika. 2021. V. 27. P. 193.
  20. Ma G., Lin Z., Zhu Z.C. Investigation of Transient Gas–Solid Flow Characteristics and Particle Erosion in a Square Gate Valve // Engineering Failure Analysis. 2020. V. 118. 104827.
  21. Акимов А.П., Кашиков С.В., Косарев В.Ф., Фомин В.М. Холодное газодинамическое напыление. Теория и практика. М.: Физматлит, 2010. 536 с.
  22. Садин Л.В., Любарский С.Д., Граченко Ю.А. Особенности недорасширенной импульсной имплантации газодисперсной струи с высокой концентрацией частиц // ЖТФ. 2017. Т. 87. Вып. 1. С. 22.
  23. Панфилов С.В., Циркунов Ю.М. Рассеяние несовершенных частиц примеси при отскоке от гладкой и шероховатой поверхностей в высокоскоростном потоке газовзвеси // ПМТФ. 2008. Т. 49. № 2. С. 79.
  24. Моисеев Г.В., Спасенко А.Л. Особенности обтекания затупленного тела сверхзвуковой полидисперсной струей с закругкой отраженных частиц // ТВТ. 2011. Т. 49. № 1. С. 73.
  25. Виникова В.В., Ревизионов Д.Л., Способин А.В. Двухфазный ударный слой при обтекании тел сверхзвуковым запыленным потоком // Мат. модел. 2009. Т. 21. № 12. С. 89.
  26. Вараксин А.Ю. Межчастичные столкновения в турбулентных двухфазных потоках // ТВТ. 2024. Т. 62. № 3. С. 458.
  27. Вараксин А.Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646.
  28. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Р. Акустические волны в смеси воздуха с полидисперсными частицами алюминия // ТВТ. 2024. Т. 62. № 1. С. 147.
  29. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. В 2-х т. М.: Наука, 1987.
  30. Осипцов А.Н. Развитие полного лагранжева подхода для моделирования течений разреженных дисперсных сред (обзор) // Изв. РАН. МЖГ. 2024. № 1. С. 3.
  31. Gosman A.D., Ioannides E. Aspects of Computer Simulation of Liquid-fuelled Combustors // J. Energy. 1983. V. 7. P. 482.
  32. Вараксин А.Ю., Железовский А.А., Мочалов А.А. Измерения полей концентрации частиц при обтекании затупленного тела двухфазным потоком // ТВТ. 2022. Т. 60. № 3. С. 415.
  33. Elghobashi S. On Predicting Particle-laden Turbulent Flows // Appl. Sci. Res. 1994. V. 52. P. 309.
  34. Balachandar S., Eaton J.K. Turbulent Dispersed Multiphase Flow // Annu. Rev. Fluid Mech. 2010. V. 42. P. 111.
  35. Manceau R., Hanjalic K. Elliptic Blending Model: A New Near-wall Reynolds-stress Turbulence Closure // Phys. Fluids. 2002. V. 14. P. 744.
  36. Beishuizen N., Naud B., Roekaerts D. Evaluation of a Modified Reynolds Stress Model for Turbulent Dispersed Two-Phase Flows Including Two-way Coupling // Flow, Turbulence Combust. 2007. V. 79. P. 321.
  37. Zaichik L.I. A Statistical Model of Particle Transport and Heat Transfer in Turbulent Shear Flows // Phys. Fluids. 1999. V. 11. P. 1521.
  38. Manda M., Lightstone M.F., Rosendahl L., Yin C., Sorensen H. Turbulence Modulation in Dilute Particle-laden Flow // Int. J. Heat Fluid Flow. 2009. V. 30. P. 719.
  39. Пахомов М.А., Терехов В.И. Структура пристенной газокапельной завесы, вдуваемой через круглые отверстия в поперечную траншею. Сравнение эйлерова и лагранжева подходов // Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 3. С. 423.
  40. Деревич И.В. Гидродинамика и тепломассоперенос частиц при турбулентном течении газовзвеси в трубе и осесимметричной струе // ТВТ. 2002. Т. 40. № 1. С. 86.
  41. Mukin R.V., Zaichik L.I. Non-linear Stress Model for Two-phase Turbulent Flow Laden with Small Heavy Particles // Int. J. Heat Fluid Flow. 2012. V. 33. P. 81.
  42. Crowe C.T., Sharma M.P., Stock D.E. The Particle Source in Cell (PSI-Cell) Method for Gas–Droplet Flows // ASME J. Fluids Eng. 1977. V. 99. P. 325.
  43. Chan C.K., Zhang H.Q., Lau K.S. An Improved Stochastic Separated Flow Model for Turbulent Two-Phase Flow // Comp. Mech. 2000. V. 24. P. 491.
  44. Lain S., Sommerfeld M. Turbulence Modulation in Dispersed Two-Phase Flow Laden with Solids from a Lagrangian Perspective // Int. J. Heat Fluid Flow. 2003. V. 24. P. 616.
  45. Schiller L., Naumann A. A Drag Coefficient Correlation // VDI Zeitschrift. 1933. V. 77. P. 318.
  46. Moissette S., Oesterle B., Boulet P. Temperature Fluctuations of Discrete Particles in a Homogeneous Turbulent Flow: A Lagrangian Model // Int. J. Heat Fluid Flow. 2001. V. 22. P. 220.
  47. Sommerfeld M., Qiu H.-H. Characterization of Particle-laden, Confined Swirling Flow by Phase-Doppler Anemometer and Numerical Calculation // Int. J. Multiphase Flow. 1993. V. 19. P. 1093.
  48. Осипов А.Н. Исследование зон неограниченного роста концентрации частиц в дисперсных потоках // Изв. АН СССР. МЖГ. 1984. № 3. С. 46.
  49. Healy D.A., Young J.B. Full Lagrangian Methods for Calculating Particle Concentration Fields in Dilute Gas–Particle Flows // Proc. Royal Soc. A. 2005. V. 421. P. 2197.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).