ТЕХНІЧНА МЕХАНІКА
ISSN 1561-9184 (друкована версія), ISSN 2616-6380 (електронна версія)

ГОЛОВНА    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЕГІЯ    АВТОРАМ    ПОТОЧНИЙ ВИПУСК    АРХІВ    КОНТАКТИ

УДК 532.5

Технічна механіка, 2019, 2, 60- 72

АНАЛІЗ ЗАЛЕЖНОСТЕЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ АЕРОДИНАМІЧНОГО СИЛОВОГО ВПЛИВУ НА ЧАСТИНКИ У ГАЗОДИСПЕРСНОМУ ПОТОЦІ

Книшенко Ю. В., Щербаков В. І.

Книшенко Ю. В.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

Щербаков В. І.
Інститут технічної механіки Національної академії наук України і Державного космічного агентства України
Україна

      Мета роботи – аналіз відомих розрахункових і емпіричних залежностей для визначення сил, діючих на тверду частинку в газовому потоці, обумовлених її обертанням (сила Магнуса) і градієнтом швидкості газу-носія (сила Сефмена). Ці сили діють в поперечному напрямку до вектору швидкості частинки в газовому потоці з обмежуючими стінками, і їх вплив є визначальним для коректного розрахунку її траекторних параметрів. Розглянуто співвідношення для визначення сил Магнуса і Сефмена, отримані розрахунковим шляхом і знайдені методами математичної обробки експериментальних даних, обмежені певними значеннями критеріальних параметрів. В якості критеріїв для визначення цих сил використовуються числа Рейнольдса, які базуються на діаметрі частинки і швидкості її обтікання ( ), на квадраті діаметра частинки і кутовій швидкості її обертання ( ) і на діаметрі частинки і градієнті локальної швидкості несучего газу ( ). Джерелом швидкості обертання частинок і появи сил Магнуса є непружні зіткнення їх з обмежуючими поверхнями (стінками). Порівняльні розрахунки щодо знаходження сил Магнуса за проаналізованими залежностями дають суперечливі результати при співставних значеннях визначальних критеріїв, що вимагає ретельного аналізу правомірності їх застосування для конкретних умов. Сила Сефмена досягає максимальних значень в областях газового потоку з високим градієнтом швидкості – поблизу обмежувальної поверхні. Розрахунки за залежностями для визначення сил Сефмена показали істотно менший розкид в порівнянні зі знаходженням сили Магнуса. На конкретному числовому прикладі з частинками різних діаметрів показано діапазони зміни визначальних критеріїв Рейнольдса в процесі руху частинки в турбулентному потоці газу-носія в плоскому каналі. Отримані результати можуть бути використані при числовому моделюванні руху газодисперсних течій у каналах і поблизу обмежуючих поверхонь.
     

обертання, градієнт швидкості, критерії Рейнольдса, несучий газ, розрахункові залежності, сила Магнуса, сила Сефмена, частка

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 Книшенко Ю. В., Щербаков В. І.

Copyright © 2014-2019 Технічна механіка