ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 534

Техническая механика, 2019, 2, 60 - 72

АНАЛИЗ ЗАВИСИМОСТЕЙ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО СИЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЧАСТИЦЫ В ГАЗОДИСПЕРСНОМ ПОТОКЕ

Кнышенко Ю. В., Щербаков В. И.

Кнышенко Ю. В., Щербаков В.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

Щербаков В. И.
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      Цель работы – анализ известных расчетных и эмпирических зависимостей для определения сил, действующих на твердую частицу в газовом потоке, обусловленных ее вращением (сила Магнуса) и градиентом скорости несущего газа (сила Сэфмена). Эти силы действуют в поперечном направлении к вектору скорости частицы в газовом потоке с ограничивающими стенками, и их влияние является определяющим для корректного расчета ее траекторных параметров. Рассмотрены соотношения для определения сил Магнуса и Сэфмена, полученные расчетным путем и найденные методами математической обработки экспериментальных данных, ограниченные определенными значениями критериальных параметров. В качестве критериев для определения этих сил используются числа Рейнольдса, которые базируются на диаметре частицы и скорости ее обтекания ( ), на квадрате диаметра частицы и угловой скорости ее вращения ( ) и на диаметре частицы и градиенте локальной скорости несущего газа ( ). Источником скорости вращения частиц и появления сил Магнуса являются неупругие столкновения их с ограничивающими поверхностями (стенками). Сравнительные расчеты по нахождению сил Магнуса по проанализированным зависимостям дают противоречивые результаты при сопоставимых значениях определяющих критериев, что требует тщательного анализа правомерности их применения для конкретных условий. Сила Сэфмена достигает максимальных значений в областях газового потока с высоким градиентом скорости – вблизи ограничивающей поверхности. Расчеты по зависимостям для определения сил Сэфмена показали существенно меньший разброс по сравнению с нахождением силы Магнуса. На конкретном численном примере с частицами разных диаметров показаны диапазоны изменения определяющих критериев Рейнольдса в процессе движении частицы в турбулентном потоке несущего газа в плоском канале. Полученные результаты могут быть использованы при численном моделировании движения газодисперсных течений в каналах и вблизи ограничивающих поверхностей.
     

вращение, градиент скорости, критерии Рейнольдса, несущий газ, расчетные зависимости, сила Магнуса, сила Сэфмена, частица

1. Шрайбер А. А., Милютин В. Н., Яценко В. П. – Гидромеханика двухкомпонентных потоков с твердым полидисперсным веществом. Киев: Наук.думка, 1980. – 252 с.

2. Sommerfeld М. Analysis of collision effects for turbulent gas–particle flow in a horizontal channel: Part I. Particle transport. International Journal of Multiphase Flow. 2003. № 29. Р. 675–699. DOI:10.1016/S0301-9322(03)00031-4.

3. Sommerfeld M., Lain S. Analysis of dilete phase pneumatic conveying through pipe systems by the Euler/Lagrange approach. Ninth International Conference on CFD in the Minerals and Process Industries CSIRO, Melbourne, Australia, 10 – 12 December 2012. P.1–12.

4. Lain S. Study of turbulent two-phase gas-solid flow in horizontal channels. Indian Journal of Chemical Technology. 2013. Vol. 20, March. P. 128–136.

5. Souza F. J., Silva A. L., Utzig J. Gas-particle flow in a diffuser. 22nd International Congress of Mechanical Engineering. November 3-7, 2013, Ribeirao Preto, SP, Brazil. P. 2970–2982.

6. Горбис З. Р. Теплообмен и гидромеханика дисперсных сквозных потоков. М.: Энергия. 1970. 424 с.

7. Наумов В. А. Динамика дисперсной частицы в вязкой среде. Математическое моделирование. 2006. Т. 18, № 5. С.27–36.

8. Rubinov S. L., Keller J. B. The transverse force on aspnning sphere moving in a viscous fluid. J. Fluid Mech. 1961. 11, № 3. P.447–459.

9. Нигматуллин Р. И. Основы механики гетерогенных сред. М.: Наука. 1978. 336 с.

10. Вараксин А. Ю. Турбулентные течения газа с твердыми частицами. М.: Физматлит 2003. 192 с.

11. Яценко В. П., Александров В. В. Измерение силы Магнуса при умеренных числах Рейнольдса. Прикладна механіка. 2001. Т. 3 (75). № 3. С. 83–87.

12. Kharlamov A., Chara Z., Vlasak P. Investigation of Magnus force acting on smooth sphere at high Reynolds numbers. Colloquium Fluid Dynamics 2008. Institute of Thermomechanics AS CR v.v.i., Prague, Oktober 22 –24. 2008. P. 1–11.

13. Saffman P. G. The lif tan a small sphere in a slow shear flow. J. Fluid Mech. 1965. Vol. 22. N 2. P. 385–400

14. Асмолов Е. С. Поперечная миграция сферических частиц в сдвиговых нестационарных потоках: дис. докт. физ.-мат. наук. М. 2015. 189 с.

15. Яценко В. П. Определение силы, действующей на сферическую твердую частицу в потоке со сдвигом. Межведомственный научный сборник. Физика аэродисперсных систем. 2002. Вып.39. Одесса. Астропринт. С.240–247.

16. Dandy D. S. A sphere in shear flow at finite Reynolds number: effect of shear on particle lift, drag and heat transfer. J. Fluid Mech. 1990. V. 216. P. 381–410.

17. McLaughlin J. B. Inertial migration of a small sphere in linear shear flows. J. Fluid Mech. 1991. V. 224. P. 261–274.

18. Соу С. Гидродинамика многофазных систем. М.: Мир. 1971.–536 с.

19. Тимошенко В. И., Кнышенко Ю. В., Щербаков В. И. Особенности влияния размера частиц газодисперсного потока на их взаимодействие со стенками канала. Техническая механика. 2016. №3. С. 24–34.

Copyright (©) 2019 Кнышенко Ю. В., Щербаков В. И.

Copyright © 2014-2019 Техническая механика