1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 4, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 4, стр. 64-80

ОБТЕКАНИЕ ТЕЛ ЗАПЫЛЕННЫМ ГАЗОМ ПРИ РАССЕЯНИИ ОТРАЖЕННЫХ ЧАСТИЦ

С. В. Панфилов a, *, Д. А. Романюк a, **, Ю. М. Циркунов a, ***

a Балтийский государственный технический университет ВОЕНМЕХ им. Д.Ф. Устинова
Санкт-Петербург, Россия

* E-mail: panfilov_sv@rambler.ru
** E-mail: romanyuk-da@rambler.ru
*** E-mail: yury-tsirkunov@rambler.ru

Поступила в редакцию 27.01.2023
После доработки 28.02.2023
Принята к публикации 28.02.2023

Аннотация

Рассмотрены обтекание плоской пластины конечной толщины в канале с большой дозвуковой скоростью и сверхзвуковое поперечное обтекание цилиндра двухфазным потоком газа с твердыми частицами. Передняя кромка пластины имеет форму клина или гладкое затупление постоянного радиуса. Поверхность клина и переднего затупления задается гладкой или шероховатой. Шероховатость моделируется двумерным профилем, который задается на основе эксперимента. Рассмотрены сферические частицы и смесь частиц в виде эллипсоидов вращения, прямоугольных призм, призм со срезанными вершинами и тетраэдров. Параметры каждой из форм варьируются. При определении поступательной и вращательной скоростей несферических частиц после отскока используется модель ударного взаимодействия, предложенная ранее и согласующаяся с экспериментальными данными по коэффициентам восстановления скорости центра масс. Наряду с монодисперсной примесью рассмотрена дисперсная фаза с разбросом частиц по размерам. На основе анализа численных результатов установлена роль исследованных факторов случайной природы на картину течения и параметры примеси.

Ключевые слова: двухфазное течение газа с частицами, гладкие и шероховатые обтекаемые поверхности, смесь несферических частиц различной формы, метод Лагранжа, численное исследование

Список литературы

  1. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. 1. М.: Наука, 1987. 464 с.

  2. Циркунов Ю.М., Панфилов С.В., Романюк Д.А. Двухфазные течения газа с частицами в задачах аэродинамики: взгляд ученого и инженера, проблемы и результаты // IX Поляховские чтения: Материалы международной научной конференции по механике, 9–12 марта 2021 г., Санкт-Петербург, Россия. – СПб.: Издательство ВВМ, 2021. С. 63–67.

  3. Циркунов Ю.М. Исследование инерционного осаждения полидисперсных частиц в критической точке сферы // ПМТФ. 1985. № 5. С. 94–102.

  4. Моллесон Г.В., Стасенко А.Л. Особенности обтекания затупленного тела сверхзвуковой полидисперсной струей с закруткой отраженных частиц // ТВТ. 2011. Т. 49. 1. С. 73–80.

  5. Tsirkunov Yu., Romanyuk D., Panfilov S. Effects of particle mixing and scattering in the dusty gas flow through moving and stationary cascades of airfoils // Progress in Propulsion Physics. Vol. 2 (Eds.: L. DeLuca, C. Bonnal, O. Haidn and S. Frolov). Torus Press and EDP Sciences, 2011. P. 459–474.

  6. Ревизников Д.Л., Способин А.В., Сухарев Т.Ю. Численное моделирование обтекания затупленного тела сверхзвуковым полидисперсным потоком // ТВТ. 2017. Т. 55. № 3. С. 418–425.

  7. Haider A., Levenspiel O. Drag coefficient and thermal velocity of spherical and nonspherical particles // Powder Technology. 1989. V. 58. P. 63–70.

  8. Hölzer A., Sommerfeld M. New simple correlation formula for the drag coefficient of non-spherical particles // Powder Technology. 2008. V. 184. P. 361–365.

  9. Кашеваров А.В., Стасенко А.Л. Взаимодействие частиц различной формы с несущим континуальным потоком газа (обзор). Ученые записки ЦАГИ. 2014. Т. XLV. № 5. С. 3–17.

  10. Sommerfeld M., Qadir Z. Fluid dynamic forces acting on irregular shaped particles: simulations by the Lattice-Boltzmann method // Int. J. of Multiphase Flow. 2018. V. 101. P. 212–222.

  11. Sanjeevi S.K.P., Kuipers H.A.M., Padding J.T. Drag, lift and torque correlations for non-spherical particles from Stokes limit to high Reynolds numbers // Int. J. of Multiphase Flow. 2018. V. 106. P. 325–337.

  12. Castang C., Laín S., García D., Sommerfeld M. Aerodynamic coefficients of irregular non-spherical particles at intermediate Reynolds numbers // Powder Technology. 2022. V. 402. 117341. 16 p.

  13. Grant G., Tabakoff W. Erosion prediction in turbomachinery resulting from environmental solid particles // J. Aircraft. 1975. V. 12. P. 471–478.

  14. Tabakoff W., Malak M.F., Hamed A. Laser measurements of solid-particle rebound parameters impacting on 2024 aluminium and 6A1-4V titanium alloys // AIAA Journal. 1987. V. 25. № 5. P. 721–726.

  15. Лашков В.А. Об экспериментальном определении коэффициентов восстановления скорости частиц потока газовзвеси при ударе о поверхность // ИФЖ. 1991. Т. 60. № 2. С. 197–203.

  16. Tabakoff W. Measurements of particles rebound characteristics on materials used in gas tubines // J. Propulsion. 1991. V. 7. № 5. P. 805–813.

  17. Циркунов Ю.М., Панфилов С.В., Клычников М.Б. Полуэмпирическая модель ударного взаимодействия дисперсной частицы примеси с поверхностью, обтекаемой потоком газовзвеси // ИФЖ. 1994. Т. 67. № 5-6. С. 379–386.

  18. Vittal B.V.R., Tabakoff W. Two-phase flow around a two-dimensional cylinder // AIAA Journal. 1987. V. 25. № 5. P. 648–654.

  19. Волков А.Н., Циркунов Ю.М. Кинетическая модель столкновительной примеси в запыленном газе и ее применение к расчету обтекания тел // Изв. РАН. МЖГ. 2000. № 3. С. 81–97.

  20. Crowe C.T., Schwarzkopf J.D., Sommerfeld M., Tsuji Y. Multiphase Flows with Droplets and Particles. 2nd Edition, CRC Press, Boca Raton, U.S.A. 2012.

  21. Tsuji Y., Oshima T., Morikawa Y. Numerical simulation of pneumatic conveying in a horizontal pipe // KONA Powder Part. J. 1985. № 3. P. 38–51.

  22. Sommerfeld M. Modellimg of particle-wall collisions in confined gas-particle flows // Int. J. Multiphase Flow. 1992. V. 18. № 6. P. 905–926.

  23. Sommerfeld M., Huber N. Experimental analysis and modelling of particle-wall collisions // Int. J. Multiphase Flow. 1999. V. 25. P. 1457–1489.

  24. Панфилов С.В., Циркунов Ю.М. Рассеяние несферических частиц примеси при отскоке от гладкой и шероховатой поверхностей в высокоскоростном потоке газовзвеси // ПМТФ. 2008. Т. 49. № 2. С. 79–88.

  25. Quintero B., Lain S., Sommerfeld M. Derivation and validation of a hard-body particle-wall collision model for non-spherical particles of arbitrary shape // Powder Technology. 2021. V. 380. P. 526–538.

  26. Панфилов С.В., Циркунов Ю.М. Модель отскока и рассеяния несферических частиц при высокоскоростном взаимодействии с обтекаемой поверхностью // ЖТФ. 2022. Т. 92. Вып. 5. С. 665–675.

  27. Tsirkunov Yu.M., Panfilov S.V. Modelling of particle-wall interaction in two-phase flows at moderate and high particle impact velocity // Proc. of the Third Int. Conf. on Multiphase Flow, ICMF’98, Lyon, France, June 8–12, 1998. Paper 693. 8 p.

  28. Konan N.A., Kannengieser O. Simonin O. Stochastic modeling of the multiple rebound effects for particle-rough wall collisions // Int. J. Multiphase Flow. 2009. V. 35. P. 933–945.

  29. Radenkovic D., Simonin O. Stochastic modelling of three-dimensional particle rebound from isotropic rough wall surface // Int. J. Multiphase Flow. 2018. V. 109. P. 35–50.

  30. Radenkovic D., Simonin O. Modelling of three-dimensional particle rebound from an anisotropic rough wall // Powder Technology. 2021. V. 393. P. 165–183.

  31. Tsirkunov Yu.M. Gas-particle flows around bodies – key problems, modeling and numerical analysis. // Proc. 4th Int. Conf. on Multiphase Flow: CD-ROM Proceedings ICMF’2001, May 27–June 1, 2001, New Orleans, LA, USA. Ed.: E. Michaelides. Paper No. 607. 2001. P. 1–31.

  32. Hölzer A. and Sommerfeld M. Lattice Boltzmann simulations to determine drag, lift and torque acting on non-spherical particles // Computers & Fluids. 2009. V. 38. P. 572–589.

  33. Henderson Ch.B. Drag coeccients of spheres in continuum and rarefied flows // AIAA Journal. 1976. V. 14. № 6. P. 707–708.

  34. Rubinow S.I. and Keller J.B. The transverse force on a spinning sphere moving in a viscous fluid // J. Fluid Mech. 1961. V. 11. P. 447–459.

  35. Oesterlé B., Bui Dinh T. Experiments on the lift of a spinning sphere in a range of intermediate Reynolds numbers // Experim. in Fluids. 1998. V. 25. P. 16–22.

  36. Dennis S.C.R., Singh S.N. and Ingham D.B. The steady flow due to a rotating sphere at low and moderate Reynolds numbers. // J. Fluid Mech. 1980. V. 101. P. 257–279.

  37. Стасенко А.Л. Коэффициенты восстановления скорости частицы при отражении от поверхности твердого тела. // ИФЖ. 2007. Т. 80. № 5. С. 38–44.

  38. Лашков В.А. Коэффициент восстановления скорости при прямом ударе // Вестник СПбГУ, Сер. 1. 2010. № 4. С. 127–136.

  39. Ray S., Kempe T., Frölich J. Efficient modelling of particle collisions using a nonlinear viscoelastic contact force // Int. Journal of Multiphase Flow. 2015. V. 76. P. 101–110.

  40. Erosion / Edt. C.Preece. 1979. Academic Press, New York = Эрозия: пер. с англ. / Под ред. К. Прис // М.: Мир, 1982. 464 с.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал