1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 6, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 6, стр. 86-94

ВЛИЯНИЕ КОНУСНОЙ НАСАДКИ НА ОСАЖДЕНИЕ АЭРОЗОЛЯ ПРИ АКУСТИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЯХ МАЛОЙ АМПЛИТУДЫ В ТРУБЕ

Л. Р. Шайдуллин a, *, С. А. Фадеев a, **

a ФИЦ “Казанский научный центр” РАН, Институт механики и машиностроения
Казань, Россия

* E-mail: shaidullin@imm.knc.ru
** E-mail: fadeev.sergei@mail.ru

Поступила в редакцию 17.03.2023
После доработки 29.04.2023
Принята к публикации 06.06.2023

Аннотация

Экспериментально исследовано воздействие на аэрозоль слабоинтенсивных акустических колебаний в однородной трубе и в трубе с конусной насадкой в условиях равенства объемов резонаторов. Показано, что форма резонатора влияет на интенсивность, форму волны давления и спектр колебаний при постоянных значениях резонансной частоты и амплитуды смещения поршня. Наблюдается увеличение добротности резонатора с конусной насадкой. Выявлено ускоренное осаждение аэрозоля в трубах при акустических колебаниях на резонансной частоте. При наличии конусной насадки уменьшение концентрации капель аэрозоля происходит быстрее в 1.2 раза в отличие от однородной трубы и в 3 раза в сравнении с естественным осаждением. Полученные результаты могут быть использованы для повышения эффективности акустических методов очистки газов от дисперсной фазы.

Ключевые слова: акустические колебания, аэрозоль, резонатор, труба, осаждение, конусная насадка

Список литературы

  1. Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966. 519 с.

  2. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука, 1975. 287 с.

  3. Skuchik E. Osnovy akustiki [Fundamentals of acoustics]: translated from English, edited by L.M. Lyamshev. V. 2. M.: Mir, 1976. 542 p.

  4. Li X., Finkbeiner J., Raman G., Daniels C., Steinetz B.M. Optimized shapes of oscillating resonators for generating high-amplitude pressure waves // J. Acoust. Soc. Am. 2004. V. 116. № 5. P. 2814–2821.

  5. Cervenka M., Soltes M., Bednarik M. Optimal shaping of acoustic resonators for the generation of high-amplitude standing waves // J. Acoust. Soc. Am. 2014. V. 136. № 3. P. 1003–1012.

  6. Amundsen D.E., Mortell M.P., Seymour B.R. Resonant radial oscillations of an inhomogeneous gas in the frustum of a cone // Z. Angew. Math. Phys. 2015. V. 66. P. 2647–2663.

  7. Antao D.S., Farouk B. High amplitude nonlinear acoustic wave driven flow fields in cylindrical and conical resonators // J. Acoust. Soc. Am. 2013. V. 134. № 2. P. 917–932.

  8. Shaidullin L., Fadeev S. Acoustic gas oscillations in a cubic resonator with a throat under small perturbations // Appl. Acoust. 2022. V. 192. 108758.

  9. Feng H., Peng Y., Bin G., Shen Y. Evolution of Flow and Streaming in Exponential Variable Cross-Section Resonators // Appl. Sci. 2020. V. 10 № 5. 1694.

  10. Yanan Yu, Wei Liu, Wen He. A study on finite amplitude standing waves in stepped acoustic resonator // Appl. Acoust. 2023. V. 202. 109164.

  11. Lawrenson C.C., Lipkens B., Lucas T.S., Perkins D.K., VanDoren T.W. Measurements of macrosonic standing waves in oscillating closed cavities // J. Acoust. Soc. Am. 1998. V. 104. № 2. P. 623–636.

  12. Chun Y.-D., Kim Y.-H. Numerical analysis for nonlinear resonant oscillations of gas in axisymmetric closed tubes // J. Acoust. Soc. Am. 2000. V. 108. № 6. P. 2765–2774.

  13. Hamilton M.F., Ilinskii Y.A., Zabolotskaya E.A. Linear and nonlinear frequency shifts in acoustic resonators with varying cross sections // J. Acoust. Soc. Am. 2001. V. 110. № 1. P. 109–119.

  14. Kar T., Munjal M.L. Analysis and design of conical concentric tube resonators // J. Acoust. Soc. Am. 2004. V. 116. № 1. P. 74–83.

  15. Min Q. Generation of extremely nonlinear standing-wave field using loudspeaker-driven dissonant tube // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 143. № 3. P. 1472–1476.

  16. Feng H., Peng Y., Zhang X., Li X. Influence of tube geometry on the performance of standing-wave acoustic resonators // J. Acoust. Soc. Am. 2018. V. 144. № 3. P. 1443–1453.

  17. Mortell M.P., Seymour B.R. Nonlinear resonant oscillations in closed tubes of variable cross-section // J. Fluid Mech. 2004. V. 519. P. 183–199.

  18. Mednikov E.P. Acoustic Coagulation and Precipitation of Aerosols. N.-Y.: Springer, 1965. 180 p.

  19. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Осипов П.П., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Волновая динамика газовзвесей и отдельных частиц при резонансных колебаниях // ТВТ. 2021. Т. 59. № 3. С. 443–466.

  20. Yuen W.T., Fu S.C., Kwan J.K. C., Chao C.Y.H. The use of nonlinear acoustics as an energy-efficient technique for aerosol removal // Aerosol Sci. Technol. 2014. V. 48. № 9. P. 907–915.

  21. Amiri M., Sadighzadeh A., Falamaki C. Experimental parametric study of frequency and sound pressure level on the acoustic coagulation and precipitation of PM2.5 // Aerosol Air Qual. Res. 2016. V. 16. № 12. P. 3012–3025.

  22. Gubaidullin D.A., Zaripov R.G., Tkachenko L.A., Shaidullin L.R. Deposition of polydisperse gas suspensions with nonlinear resonance oscillations in a closed tube // J. Acoust. Soc. Am. 2019. V. 145. № 1. P. EL30–EL33.

  23. Gubaidullin D.A., Zaripov R.G., Tkachenko L.A., Shaidullin L.R. Aerosol deposition on resonances at nonlinear oscillations in a closed cross section jump tube // Continuum Mech. Thermodyn. 2022.

  24. Argo T.F., Zadler B.J., Meegan G.D. Size selection of levitated aerosol particulate in an ultrasonic field // J. Acoust. Soc. Am. 2020. V. 147. № 2. P. EL93.

  25. Хмелев В.Н., Голых Р.Н., Нестеров В.А., Боченков А.С., Шалунов А.В. Компьютерное моделирование ультразвуковой агломерации субмикронных частиц с учетом вихревого движения несущей среды // Южно-Сибирский научный вестник. 2021. Вып. 5. № 39. С. 165–170.

  26. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А., Шайдуллин Л.Р. Экспериментальное исследование осаждения аэрозоля в закрытой трубе с изменяющимся сечением // ТВТ. 2022. Т. 60. № 1. С. 146–148.

  27. Ellier S.E., Kdous W., Bailly Y., Girardot L., Ramel D., Nika P. Acoustic streaming measurements in standing wave resonator using Particle Image Velocimetry // Wave motion. 2014. V. 51. № 8. 1288–1297.

  28. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Ткаченко Л.А. Резонансные колебания аэрозоля в трубе с диафрагмой в безударно-волновом режиме // ТВТ. 2014. Т. 52. № 6. С. 921–926.

  29. Gubaidullin D.A., Tkachenko L.A., Shaidullin L.R., Fadeev S.A. Investigation of gas oscillations in the closed tube with a cone tip // Lobachevskii J. Math. 2022. V. 43. № 8. 1116–1121.

  30. Губайдуллин Д.А., Зарипов Р.Г., Галиуллин Р.Г., Галиуллина Э.Р., Ткаченко Л.А. Экспериментальное исследование коагуляции аэрозоля в трубе вблизи субгармонического резонанса // ТВТ. 2004. Т. 42. № 5. С. 788–795.

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

  32. Гуревич М.М. Фотометрия (теория, методы и приборы). Л: Энергоатомиздат, 1983. 272 с.

  33. Скучик Е. Простые и сложные колебательные системы. М.: Мир, 1971. 557 с.

  34. Фукс Н.А. Механика аэрозолей. М.: Изд-во АН СССР, 1955. 352 с.

  35. Einstein A. Investigation on the Theory of Brownian Movement, edited by R. Furth. New York: Dover, 1956.

  36. Desantes J.M., Margot X., Gil A., Fuentes E. Computational study on the deposition of ultrafine particles from Diesel exhaust aerosol // J. Aerosol Sci. 2006 V. 37. P. 1750–1769.

  37. Wu S., Zhu H., Chen Y., Qi C. and Li G. A 3D Monte Carlo Simulation for Aerosol Deposition onto Horizontal Surfaces by Combined Mechanisms of Brownian Diffusion and Gravity Sedimentation // Atmosphere. 2022. V. 13. 1408.

  38. Губайдуллин Д.А., Осипов П.П. Аэрогидродинамика дисперсной частицы. М.: Физматлит, 2020. 176 с.

  39. Gubaidullin D.A., Tkachenko L.A., Fadeev S.A., Shaidullin L.R. Resonance oscillations of gas in a closed tube in presence of a heterogeneous temperature profile // Lobachevskii J. Math. 2022. V. 43. № 8. P. 1110–1115.

  40. Hamilton M.F., Ilinskii Y.A., Zabolotskaya E.A. Acoustic streaming generated by standing waves in two-dimensional channels of arbitrary width // J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113. № 1. P. 153–160.

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