Введение к работе
Актуальность работы. Двухфазные смеси, состоящие из газа и взвешенных в нем частиц, широко распространены в природе и во многих сферах человеческой деятельности. Одним из механизмов, определяющих их движение в поле силы тяжести, является естественная конвекция. .Конвекция газовзвеси в замкнутых объемах мало изучена, хотя во многих реальных ситуациях газ содержит примесь. Тем самым исследование конвекции запыленного газа является актуальной задачей.
Математическое моделирование дисперсных течений производится, как правило, на основе уравнений механики многофазных сред, записанных в эйлеровых переменных, которые интегрируются конечно-раз костными методами. Однако, при этом подходе возникают трудности, связанные с моделированием границ дисперсной фазы (областей больших градиентов концентраций частиц). Построение численных -методов, . позволяющих эффективно преодолевать подобные трудности,,также * привлекает внимание исследователей.
Цель работы. Разработка численного метода решения задач механики гетерогенных сред, эффективного при моделировании газовзвесей с большими градиентами концентрации частиц., и численное исследование этим., методом закономерностей естественной конвекции запыленного газа в замкнутых объемах.
Научная новизна. Предложен численный метод решения задач механики гетерогенных сред, в котором благодаря введению в описание дисперсной Фазы понятия макрочастиц (дискретных образований) достигается эффективность .моделирования границ
взвеси. Доведено сравнение предложенного метода с традиционным конечно-разностным эйлеровым методом и показано его преимущество в моделировании границ.
Выполнено численное исследование естественной конвекции запыленного газа в квадратной области с боковым подогревом, lb степени воздействия примеси на течение несущей среды и по способу описания выделены различные режимы конвекции и определены области реализации каждого режима.
В случае конвекции гомогенной газовзвеси получено, что частицы интенсифицируют теплоперенос, конвективный вихрь при этом может распадаться на два. Показано, что конвекция гомогенной газовзвеси подобна конвекции чистого газа с эффективными безразмерными параметрами, включающими ' характеристики примеси.
Для газа с достаточно крупными частицами (двухскоростная двухтбмпературная модель) малой концентрации (пассивная примесь) изучены закономерности движения и осаждения частиц. Обнаружено, что длительное время в области существует компактное облако частиц, смещенное к стенке, из которого происходит медленное осаждение. В рамках этой же моде .та исследована конвекция запыленного газа для относительно больших концентраций (активная примесь). Установлено, что в начале процесса образуется двухвихревая структура, которая затем трансформируется в одновихревую. При этом наблюдаются колебания тепловых потоков на стенки.
Исследована конвекция газовзвеси в области с источником частиц на верхней границе. Получено, что ка начальном гтапе осаждение происходит быстрее, чем из неподвижного газа. При
-ъ-
достихании стационарных условии частицы движутся в небольшой части области.
Практическое значение. Предложенный численный метод и разработанные на его основе программы могут быть использованы для изучения различных явлений и технологических процессов с газовзвесью, например, для исследования выбросов пыли на производстве и для расчетов действия пылеулавливащих установок.
Результаты, полученные при исследовании естественной конвекции газовзвеси, могут применяться при анализе работы элементов конструкций, содержащих запыленный газ.
Апробация работы- Результаты работы докладывались я обсуждались: на viii Всесоюзном симпозиуме so горению и взрыву (Черноголовка, 1986); на 4 Всесоюзном семинаре по гидромеханике и тепломассообмену в невесомости (Новосибирск, 1987); на семинарах по динамике реагирующих сред в ИШС РАН (I9S6, 1992); на семинаре кафедры вычислительной математики МАИ (1992).
Публикации. Основные результаты диссертации.опубликованы в работах П-33.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и выводов. Работа содержит 124 страницы машинописного текста, 44 рисунка. Список литературы включает 90 наименований. Всего 169 страниц: