Влияние коагуляции и дробления капель на параметры газокапельной турбулентной струи

Ю.В. Зуев

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), г. Москва, 125993, Россия


ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2022.1.85-100

Для цитирования: Зуев Ю.В. Влияние коагуляции и дробления капель на параметры газокапельной турбулентной струи // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 1. – С. 85–100. – doi: 10.26907/2541-7746.2022.1.85-100.

For citation: Zuev Yu.V. The impact of coagulation and division of drops on the parameters of the gas-drop turbulent jet. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2022, vol. 164, no. 1, pp. 85–100. doi: 10.26907/2541-7746.2022.1.85-100. (In Russian)

Аннотация

В работе установлены условия, при которых расчет газокапельной турбулентной струи должен проводиться с учетом взаимодействия капель. Представлена математическая модель газожидкостной полидисперсной турбулентной струи, в которой учтены коагуляция и дробление капель. По результатам расчетов, выполненных по этой математической модели, определены три диапазона изменения начальной суммарной объемной концентрации капель, соответствующие различному влиянию взаимодействия капель в струе на ее параметры. Для первого диапазона характерно отсутствие влияния столкновений капель на все параметры струи, второй диапазон отличается незначительной зависимостью скоростей фаз от коагуляции капель, третий диапазон соответствует концентрации капель в начальном сечении струи, при которой происходят интенсивные процессы коагуляции и дробления капель, влияющие на все параметры струи. Сделаны следующие выводы: в первом и во втором случаях при решении многих прикладных задач уравнения математической модели струи могут быть записаны без учета межчастичного взаимодействия, в третьем случае учет коагуляции и дробления капель является обязательным.

Ключевые слова: двухфазная струя, газ, капли, коагуляция и дробление капель, математическое моделирование

Литература

  1. Пат. № 2121390 РФ. Установка для пожаротушения / Ю.В. Зуев, А.В. Карпышев, И.А. Лепешинский. – № 97107903/12; заявл. 14.05.1997; опубл. 10.11.1998, Бюл. № 31. – 15 с.
  2. Бабуха Г.Л., Шрайбер А.А. Взаимодействие частиц полидисперсного материала в двухфазных потоках. – Киев: Наукова думка, 1972. – 175 с.
  3. Friedlander S.K. Smoke, Dust and Haze: Fundamentals of Aerosol Behavior. – N. Y.: Wiley and Sons, 1977. – 317 p.
  4. Okuyama K., Kousaka Y., Yoshida T. Turbulent coagulation of aerosols in a pipe flow // J. Aerosol. Sci. – 1978. – V. 9, No 5. – P. 399–410. – doi: 10.1016/0021-8502(78)90002-2.
  5. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. – М.: Машиностроение, 1974. – 212 с.
  6. Elghobashi S. Particle-laden turbulent flows: Direct simulation and closure models // Appl. Sci. Res. – 1991. – V. 48, No 3–4. – P. 301–314. – doi: 10.1007/BF02008202.
  7. Вараксин А.Ю. Столкновения в потоках газа с твердыми частицами. – М.: Физматлит, 2008. – 312 с.
  8. Зуев Ю.В. Об использовании критерия Стокса при математическом моделировании двухфазных струйных течений // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2019. – Т. 161, кн. 3. – С. 341–354. – doi: 10.26907/2541-7746.2019.3.341-354.
  9. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. – М.: Наука, 1987. – Ч. 1. – 464 с.
  10. Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория. – М.: Физматгиз, 1963. – 680 с.
  11. Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. – М.: Машиностроение, 1994. – 320 с.
  12. Handbook of Turbulence. V. 1: Fundamentals and applications / Ed. by W. Frost, T. Moulden. – N. Y.; London: Plenum Press, 1977. – 498 p.
  13. Крашенинников С.Ю. К расчету осесимметричных закрученных и незакрученных турбулентных струй // Изв. АН СССР. МЖГ. – 1972. – № 3. – С. 71–80.
  14. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю., Секундов А.Н., Смирнова И.П. Теория турбулентных струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. – М.: Наука, 1984. – 716 с.
  15. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Решетников В.А., Истомин Е.А. Выбор критериев и определение их значений для оценки характера взаимодействия фаз в двухфазных турбулентных струях // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. – 2012. – № 1. – С. 42–54.
  16. Самарский А.А. Теория разностных схем. – М.: Наука, 1989. – 616 с.
  17. Шрайбер А.А., Гавин Л.Б., Наумов В.А., Яценко В.П. Турбулентные течения газовзвеси. – Киев: Наукова думка, 1987. – 240 с.
  18. Mostafa A.A., Mongia H.C., McDonell V.G., Samuelsen G.S. Evolution of particle-laden jet flows: A theoretical and experimental study // AIAA J. – 1989. – V. 27, No 2. – P. 167–183. – doi: 10.2514/3.10079.
  19. Зуев Ю.В. О некоторых причинах немонотонного изменения концентрации дискретной фазы в двухфазной турбулентной струе // Изв. РАН. МЖГ. – 2020. – № 2. – С. 51–60. – doi: 10.31857/S0568528120020152.

Поступила в редакцию

01.09.2021


Зуев Юрий Владимирович, доктор технических наук, профессор кафедры «Теория воздушно-реактивных двигателей»

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) Волоколамское шоссе, д. 4, г. Москва, 125993, Россия

E-mail: yuri_zuev@bk.ru


Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.