Эффективность улавливания инерционных аэрозольных частиц в периодической ячейке с пористым цилиндром

А.Р. Хазиев, Ш.Х. Зарипов, Р.Ф. Марданов, А.Г. Пилюгин

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ

Полный текст PDF

DOI: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.181-193

Для цитирования: Хазиев А.Р., Зарипов Ш.Х., Марданов Р.Ф., Пилюгин А.Г. Эффективность улавливания инерционных аэрозольных частиц в периодической ячейке с пористым цилиндром // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. – 2022. – Т. 164, кн. 2–3. – С. 181–193. – doi: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.181-193.

For citation: Khaziev A.R., Zaripov Sh.Kh., Mardanov R.F., Pilyugin A.G. Efficiency of capture of inertia aerosol particles in a periodic cell with a porous cylinder. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki, 2022, vol. 164, no. 2–3, pp. 181–193. doi: 10.26907/2541-7746.2022.2-3.181-193. (In Russian)

Аннотация

Развита модель течения аэрозоля в периодической ячейке регулярного ряда пористых цилиндров. Гидродинамическое поле течения несущей среды вне и в области пористого цилиндра описывается в приближении модели Стокса – Бринкмана для несжимаемого вязкого газа. Для модели круговой периодической ячейки Кувабара получено аналитическое решение, в случае прямоугольной ячейки краевая задача для функции тока течения решается численно с помощью метода граничных элементов. В найденных полях скоростей несущей среды интегрируются лагранжевы уравнения движения взвешенных частиц и рассчитывается зависимость эффективности улавливания частиц в результате инерционной импакции и механизма зацепления от числа Стокса при различной плотности ячейки и числа Дарси пористого цилиндра.

Ключевые слова: взвешенные частицы, пористый цилиндр, модель Стокса – Бринкмана, эффективность улавливания частиц

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках научного проекта № 22-21-00176.

Литература

1. Кирш В.А. Аэрозольные фильтры из пористых волокон // Коллоидный журн. – 1996. – Т. 58, № 6. – С. 786–790.
2. Стечкина И.Б. Сопротивление пористых цилиндров в потоке вязкой жидкости при малых числах Рейнольдса // Изв. АН СССР. Механика жидкости и газа. – 1979. – № 6. – C. 122–124.
3. Kirsh V.A. Stokes flow in periodic systems of parallel cylinders with porous permeable shells // Colloid J. – 2006. – V. 68, No 2. – P. 173–181. – doi: 10.1134/S1061933X06020086.
4. Deo S., Filippov A., Tiwari A., Vasin S., Starov V. Hydrodynamic permeability of aggregates of porous particles with an impermeable core // Adv. Colloid Interface Sci. – 2011. – V. 164, No 1–2. – P. 21–37. – doi: 10.1016/j.cis.2010.08.004.
5. Yu P., Zeng Y., Lee T.S., Bai H.X., Low H.T. Wake structure for flow past and through a porous square cylinder // Int. J. Heat Fluid Flow. – 2010. – V. 31, No 2. – P. 141–153. – doi: 10.1016/j.ijheatfluidflow.2009.12.009.
6. Kirsh V.A. Stokes flow in model fibrous filters // Sep. Purif. Technol. – 2007. – V. 58, No 2. – P. 288–294. – doi: 10.1016/j.seppur.2007.07.002.
7. Bhattacharyya S., Dhinakazan S., Khalili A. Fluid motion around and through a porous cylinder // Chem. Eng. Sci. – 2006. – V. 61, No 13. – P. 4451–4461. – doi: 10.1016/j.ces.2006.02.012.
8. Kirsch V.A. Inertial deposition of aerosol particles in a model filter with dust-loaded fibres // Trans. Filtr. Soc. – 2002. – V. 2, No 4. – P. 109–113.
9. Zaripov S.K., Solov’eva O.V., Solov’ev S.A. Inertial deposition of aerosol particles in a periodic row of porous cylinders // Aerosol Sci. Technol. – 2015. – V. 49, No 6. – P. 400–408. – doi: 10.1080/02786826.2015.1036834.
10. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рейнольдса. – М.: Мир, 1976. – 630 с.
11. Kuwabara S. The forces experienced by randomly distributed parallel circular cylinders or spheres in a viscous flow at small Reynolds numbers // J. Phys. Soc. Jpn. – 1959. – V. 14, No 4. – P. 527–532. – doi: 10.1143/JPSJ.14.527.
12. Mardanov R.F., Zaripov S.K., Sharafutdinov V.F., Dunnett S.J. A Stokes-Brinkman model of the fluid flow in a periodic cell with a porous body using the boundary element method // Eng. Anal. Boundary Elem. – 2018. – V. 88. – P. 54–63. – doi: 10.1016/j.enganabound.2017.12.006.
13. Райст П. Аэрозоли. Введение в теорию. – М.: Мир, 1987. – 278 с.
14. Mu¨ller T.K., Meyer J., Kasper G. Low Reynolds number drag and particle collision efficiency of a cylindrical fiber within a parallel array // J. Aerosol Sci. – 2014. – V. 77. – P. 50–66. – doi: 10.1016/j.jaerosci.2014.07.007.
15. Lee K.W., Gieseke J.A. Note on the approximation of interceptional collection efficiencies // J. Aerosol Sci. – 1980. – V. 11, No 4. – P. 335–341. – doi: 10.1016/0021-8502(80)90041-5.

Поступила в редакцию

07.02.2022

Хазиев Айрат Ринатович, аспирант кафедры аэрогидромеханики Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: aira-6991@mail.ru

Зарипов Шамиль Хузеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой моделирования экосистем

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: shamil.zaripov@kpfu.ru

Марданов Ренат Фаритович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры аэрогидромеханики

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: Renat.Mardanov@kpfu.ru

Пилюгин Александр Геннадьевич, старший преподаватель кафедры моделирования экосистем

Казанский (Приволжский) федеральный университет ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: pag@kpfu.ru

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.