Numerical study of the effect of droplet coagulation intensity on polydisperse aerosol fraction distribution



Cite item

Full Text

Abstract

The paper is devoted to the study of the effect of the intensity of aerosol fluctuations on the distribution of fractions of the dispersed component of the coagulating aerosol. Oscillations of aerosol in closed channel are numerically modeled in operation. To describe the dynamics of the carrier medium, a two-dimensional non-stationary system of Navier-Stokes equations for compressed gas is used. They are written taking into account interfacial power interaction and interfacial heat exchange. To describe the dynamics of the dispersed phase, a system of equations is solved for each of its fractions. It includes an equation of continuity for the “average density” of the fraction, equations of preservation of spatial components of the pulse and an equation of preservation of thermal energy of the fraction of the dispersed phase of the gas suspension. Phase-to-phase power interaction included Archimedes force, attached mass force, and aerodynamic drag force. Heat exchange between the carrier medium-gas and each of the fractions of the dispersed phase was also taken into account. The mathematical model of dynamics of polydisperse aerosol was supplemented by the mathematical model of collision coagulation of aerosol. For the velocity components of the mixture, uniform Dirichlet boundary conditions were set. For the remaining functions of the dynamics of the multiphase mixture, uniform Neumann boundary conditions were set. The equations were solved by the explicit McCormack method with a nonlinear correction scheme that allows to obtain a monotone solution. As a result of numerical calculations, it was determined that in the vicinity of the oscillating piston, an area with an increased content of coarse particles is formed. The coagulation process results in a monotonous increase in volume content of the coarse particle fraction and a monotonous decrease in volume content of fine particles. Increasing the intensity of gas fluctuations leads to intensification of the process of coagulation of aerosol droplets.

About the authors

D. A Tukmakov

Federal Research Center Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences

Email: tukmakovda@imm.knc.ru
Kazan, Russia

References

  1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1 Наука, 1987. 464 с.
  2. Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра. 2003. 284 с.
  3. Федоров А.В., Фомин В.М., Хмель Т.А. Волновые процессы в газовзвесях частиц металлов. 2015. Новосибирск. 301 c.
  4. Алемасов В.Е., Дрегалин А.Ф., Тишин А.П., Худяков В.А. Термодинамические и теплофизические свойства продуктов сгорания: справочник в 5-ти томах. Т. 1 Методы расчета. Москва: Изд-во ВИНИТИ, 1971 267 с.
  5. Покусаев Б.Г., Таиров Э.А., Таирова Е.В., Некрасов Д.А., Васильев С.А. Исследование равновесной скорости звука парожидкосной среды с зернистым слоем с учетом теплофизических свойств засыпки Известия Московского государственного технического университета МАМИ. 2012. Т. 4. № 2. С. 47-55.
  6. Федяев В.Л. Математическое моделирование и оптимизация градирен // Труды Академэнерго. 2009. № 3. С. 91-107.
  7. Тонконог В.Г., Коченков А.Г., Кусюмов С.А. Кавитационный парогенератор для опреснительной установки // Труды Академэнерго. 2011. № 2. С. 33-39.
  8. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Динамика табачного дыма при резонансных колебаниях в закрытой трубе // Теплофизика высоких температур. 2019. Т. 57. № 2. С. 312-315.
  9. Тукмаков А.Л. Зависимость механизма дрейфа твердой частицы в нелинейном волновом поле от ее постоянной времени и длительности прохождения волновых фронтов // Прикладная механика и техническая физика. 2011. Т. 52. № 4. С. 106-115.
  10. Тукмаков А.Л., Баянов Р.И., Тукмаков Д.А. Течение полидисперсной газовзвеси в канале, сопровождающееся коагуляцией в нелинейном волновом поле // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 3. С. 319-325.
  11. Флетчер К. Вычислительные методы в динамике жидкостей В 2-х томах, Т. 2, Москва: Мир, 1991, 552 c.
  12. Музафаров И.Ф., Утюжников С.В. Применение компактных разностных схем к исследованию нестационарных течений сжимаемого газа // Математическое моделирование. 1993. № 3. C. 74-83.
  13. Горелик Г.С. Колебания и волны. М.: Физ. - мат. ГИЗ. 1959. 572 с.
  14. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука. 1984. 403 с.

Copyright (c) 2021 Tukmakov D.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

This website uses cookies

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

About Cookies