Моделирование многофазных и многокомпонентных потоков в природных и технологических процессахНИР

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
4 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Моделирование многофазных и многокомпонентных потоков в природных и технологических процессах
Результаты этапа: Развит комбинированный полностью лагранжев подход для моделирования нестационарных вихревых дисперсных осесимметричных течений без закрутки, основанный на сочетании вихревого бессеточного метода для решения уравнений несущей фазы и полного лагранжева метода для моделирования дисперсной фазы. С использованием метода сглаженных частиц (smoothed particle hydrodynamics) для осесимметричных течений получены выражения для диффузионной скорости, обеспечивающие второй порядок точности аппроксимации. Задача нахождения параметров обеих фаз вдоль лагранжевых траекторий сведена к решению системы ОДУ высокого порядка, вычислению конечных интегральных сумм и специальных функций (полные эллиптические интегралы, модифицированные функции Бесселя и их производные). Исследованы механизмы переноса и перемешивания облака инерционной дисперсной примеси системой соосных вихревых колец в эффективно невязкой жидкости. Построены новые решения уравнений медленного пленочного течения вдоль горизонтальных и наклонных супергидрофобных поверхностей в поле силы тяжести, соответствующие автомодельным режимам течения при заданном локализованном массоподводе в пленку. Определены законы распространения пятна смачивания при различных законах массоподвода и параметров скольжения поверхности. Изучено также стекание пленки жидкости с супергидрофобной поверхности горизонтального цилиндра в поле силы тяжести. Исследован процесс гравитационной конвекции дисперсных сред, состоящих из твердых частиц и вязкой несущей фазы, в сосудах, стенки которых проницаемы для несущей среды и непроницаемы для примеси. На основе общей модели гравитационной конвекции суспензий получена математическая модель, описывающая движение смеси с оседающими (всплывающими) частицами, определен набор параметров подобия, определяющий особенности возникающего течения. В предположении больших чисел Рейнольдса возникающего течения произведено численное моделирование процесса гравитационной конвекции суспензий с оседающими (всплывающими) частицами в двумерном случае. Приведены примеры параметрических численных расчетов возникновения конвекции при гравитационном разделении фаз. Показано развитие неустойчивости типа Кельвина-Гельмгольца на вертикальной границе типа «смесь – чистая жидкость»
5 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Моделирование многофазных и многокомпонентных потоков в природных и технологических процессах
Результаты этапа: Развит комбинированный полностью лагранжев подход для численного моделирования неизотермических течений газокапельной смеси с учетом испарения капель. Подход основан на использовании метода вязких вихревых доменов и тепловых доменов для расчета параметров вязкой несжимаемой несущей фазы и полного лагранжева метода для расчета параметров дисперсной фазы. Разработан и реализован численный алгоритм для расчета двумерных нестационарных течений газокапельной смеси. Верификация численного алгоритма проведена на примере неизотермического вихря Ламба. Показано хорошее соответствие рассчитанных полей параметров несущей фазы известному аналитическому решению. Разработанный метод применен для расчета импульсной плоской двухфазной струи с испаряющимися каплями. Исследована структура зон накопления капель и распределение капель по размеру в импульсной горячей струе. Проведено параметрическое исследование немодального механизма нарастания малых возмущений в стратифицированном течении суспензии малоинерционных частиц в плоском канале. Считается, что в основном течении частицы сконцентрированы в двух симметричных относительно оси канала слоях, а скорости фаз совпадают. На основе численных расчетов изучена зависимость энергии оптимальных возмущений от определяющих параметров. Получено, что волновые числа глобального оптимального возмущения существенно зависят от положения слоев частиц. В отличие от случая пренебрежимо малой объемной доли частиц (течения запыленного газа), когда слои дисперсной фазы расположены вблизи стенки или оси канала, глобальные оптимальные возмущения зависят от координаты вдоль потока (т.е. продольное волновое число отлично от нуля). Для малой массовой концентрации частиц (средней по ширине канала) в широком диапазоне остальных определяющих параметров, немодальный механизм нарастания возмущений в течении суспензии оказывается существенно сильнее аналогичного механизма в течениях чистой жидкости или запыленного газа: так, для числа Рейнольдса 5000 и слов частиц шириной в одну двадцатую от ширины канала, энергия глобального оптимального возмущения на три порядка выше по сравнению с таковой для течений запыленного газа и чистой жидкости. Построены характерные формы оптимальных возмущений и показано, что в начальный момент времени кинетическая энергия оптимальных возмущений в основном сосредоточена в поперечных компонентах возмущения скорости, а к моменту достижения максимальной энергии происходит перекачка энергии к продольной компоненте скорости. Построен класс математических моделей гравитационной конвекции суспензий в приближении эффективно-невязкой суспензии на макромасштабе. Сформулирована также математическая модель гравитационной конвекции в газопылевой суспензии с конечной объемной долей включений. На основании численных расчетов для «быстрой» гравитационной конвекции суспензии с мелкими включениями показана слабая зависимость эволюции поля концентрации примеси от отношения плотностей фаз. Показано влияние крупных вихрей, возникающих при оседании суспензии, на движение смеси, что говорит о наличии эффекта Бойкотта и возможности влиять на скорость гравитационного разделения фаз с помощью выбора геометрии сосуда, в котором происходит разделение фаз. Предложен новый способ гидродинамического разделения микронных частиц в микроканале, нижняя стенка которого представляет собой полосчатую супергидрофобную поверхность. Полосы ориентированы под углом к градиенту приложенного давления. Метод основан на осаждении частиц под действием гравитации и последующем боковом отклонении при движении вблизи нижней стенки, что вызвано боковым вторичным течением, возникающем вблизи анизотропной супергидрофобной поверхности. Приведены теоретические оценки смещения частиц, которые проверены в тестовых экспериментах с монодисперсными частицами. Предложена новая рациональная асимптотическая теория, описывающая динамический и тепловой турбулентный пограничный слой на пластине при нулевом градиенте давления. Получила дальнейшее развитие трехмерная самосогласованная кинетико-МГД модель взаимодействия плазмы солнечного ветра и межзвездной среды. На основании параметрических численных расчетов проанализировано влияние гелиосферного магнитного поля, а также гелиоширотной зависимости параметров солнечного ветра на распределение плазмы.

Прикрепленные к НИР результаты

Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".