Численное исследование импульсного струйного течения неоднородной газодисперсной смеси


Просмотр статьи
PDF, 1017,8 КБ

Numerical investigation of the pulse jet flow of an inhomogeneous gas-dispersed mixture

The paper presents the results of numerical simulation of the pulse jet flow of a gas-dispersed mixture as a prototype of the jet powder technology of fire extinguishing or pollution neutralization. Two cases of pulsed two-phase jets have been studied: with alternating sections of powder and gas layers inside the discharge cylindrical channel, as well as with its homogeneous initial filling. The time dependences of the gas-dynamic parameters in the outlet section of the ejection channel and spatial numerical Schlieren images of particle concentrations are obtained. The determining mechanism of the jet inhomogeneous flow is hydrodynamic instability with the formation of large-scale vortex structures, which leads to the intensification of mixing processes.

numerical modeling, jet powder technology

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.4.996


Том 23, выпуск 4, 2022 год



В работе представлены результаты численного моделирования импульсного струйного течения газодисперсной смеси, как прототипа струйной порошковой технологии пожаротушения или нейтрализации загрязнений. Изучены два случая импульсных двухфазных струй: с чередованием секций порошка и газовых слоев внутри выбросного цилиндрического канала, а также с его однородным начальным заполнением. Получены зависимости от времени газодинамических параметров в выходном сечении выбросного ка-нала и пространственные численные шлирен-изображения концентраций частиц. Определяющим механизмом струйного неоднородного потока является гидродинамическая неустойчивость с образованием крупномасштабных вихревых структур, что приводит к интенсификации процессов перемешивания.

численное моделирование, струйная порошковая технология

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.23.4.996


Том 23, выпуск 4, 2022 год



1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. В 2 ч. М.: Наука, 1987.
2. Gidaspow D. Multiphase Flow and Fluidization. Continuum and Kinetic Theory Descriptions. San Diego, USA: Academic Press, 1994. 467 p.
3. Кутушев А.Г. Математическое моделирование волновых процессов в аэродисперсных и порошкообразных средах. СПб.: Недра, 2003. 284 с.
4. Любарский С.Д., Иванов А.С. Движение сжатой двухфазной среды насыпной плотности при внезапном расширении // Физика горения и взрыва. 1989. № 3. С. 78–81.
5. Ивандаев А.И., Кутушев А.Г., Рудаков Д.А. Численное исследование метания слоя порошка сжатым газом // Физика горения и взрыва. 1995. № 4. С. 63–70.
6. Иванов А.С., Козлов В.В., Садин Д.В. Нестационарное истечение двухфазной дисперсной среды из цилиндрического канала конечных размеров в атмосферу // Известия РАН. Механика жидкости и газа. 1996. № 3. С. 60–66.
7. Садин Д.В., Любарский С.Д., Гравченко Ю.А. Особенности недорасширенной импульсной импактной газодисперсной струи с высокой концентрацией частиц // Журнал технической фи-зики. 2017. Т. 87. № 1. С. 22–26.
8. Широкова Е.Н. Численное исследование разлета смеси газа и частиц с осевой симметрией // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 4. С. 606–612.
9. Садин Д.В. Моделирование импульсного истечения смеси воздуха и мелкодисперсного по-рошка, частично заполняющего выбросной канал // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 1. С. 187–192.
10. Галицейский Б.М., Шустрова В.Ю. Двухфазные турбулентные струйные течения с фазовыми превращениями // Матем. моделирование. 2005. Т. 17. № 7. С. 79–93.
11. Садин Д.В., Добролюбов А.Н., Зюзликов В.П., Могиленко К.В., Синильщиков Б.Е. Взаимо-действие газокапельной турбулентной струи и спутного скоростного высокотемпературного потока газа // Прикладная механика и техническая физика. 2008. Т. 49. № 3. С. 85– 94.
12. Huilin L., Gidaspow D., Bouillard J., Wentie L. Hydrodynamic simulation of gas-solid flow in a riser using kinetic theory of granular flow // Chemical Engineering Journal. 2003. Vol. 95, No. 1–3. pp. 1– 13.
13. Løge I. A., Bentzon J. R., Klingaa C. G., Walther J. H., Anabaraonye B. U., Fosbøl P. L. Scale at-tachment and detachment: The role of hydrodynamics and surface morphology // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 430. Part 2. 15 February. P. 132583.
14. Садин Д.В. Модификация метода крупных частиц до схемы второго порядка точности по пространству и времени для ударно-волновых течений газовзвеси // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Сер. Математическое моделирование и программирование. 2019. Т. 12. № 2. C. 112-122.
15. Садин Д.В., Голиков И.О., Давидчук В.А. Моделирование взаимодействия ударной волны с ограниченным неоднородным слоем газовзвеси гибридным методом крупных частиц // Вычислительные методы и программирование. 2021. Т. 22. С. 1-13.
16. Садин Д.В. TVD-схема для жестких задач волновой динамики гетерогенных сред негиперболического неконсервативного типа // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2016. Т. 56. № 12. С. 2098-2109.
17. Quirk J.J. and Karni S. On the Dynamics of a Shock-Bubble Interaction // J. Fluid Mech. 1996. Vol. 318. Pp. 129-163.