Развитие новых методов исследования многофазных теченийНИР

Development of novel methods for studying multiphase flows

Источник финансирования НИР

грант РФФИ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Развитие новых методов исследования многофазных течений
Результаты этапа: В рамках двухконтинуальной модели запыленного газа исследована линейная гидродинамическая устойчивость течения вязкой среды с дисперсными включениями в вертикальном плоском канале с учетом силы тяжести. Рассмотрены два различных профиля концентрации частиц в основном течении - однородный и неоднородный в виде двух слоев симметричных относительно плоскости симметрии. Новым элементом постановки задачи линейной устойчивости является учет рассогласования скоростей фаз в основном течении, вызванного гравитационным оседанием частиц. Задача на собственные значения для линеаризованной постановки задачи решается численно с помощью метода ортогонализации и QZ алгоритмов. Показано, что для однородного распределения частиц по сечению канала существует ограниченная область в плоскости чисел Фруда и Стокса (параметра инерционности частиц), в которой течение оказывается устойчивым при любом числе Рейнольдса. Эта область устойчивости соответствует относительно малоинерционным частицам и большим рассогласованиям скорости в основном течении. В отличие от течения с однородным распределением частиц, стратифицированное течение запыленного газа в вертикальном канале неустойчиво в широком диапазоне определяющих параметров. При малых числах Рейнольдса неустойчивость стратифицированного течения обусловлена гравитационной модой, характеризующейся коротковолновыми возмущениями, а при больших числах Рейнольдса неустойчивость связана со сдвиговой модой, имеющей больший инкремент нарастания. Продолжено развитие бессеточных методов исследования вязких вихревых газодисперсных течений на примере расчета распределения концентрации примеси в импульсной двухфазной струе, распространяющейся в цилиндрическом канале, при столкновения двух вихревых колец, а также в неизотермической двухфазной импульсной струе. Развита модель газокапельной среды с неоднородным распределением температуры по радиусу капли. Продолжено развитие метода граничных интегральных уравнений для расчета медленных течений вязкой жидкости вблизи микротекстуры супергидрофобной поверхности (СГП), частично занятой газовыми пузырьками. Для полосчатой СГП рассмотрен общий случай, когда направление скорости не совпадает с направлением периодически расположенных прямоугольных каверн. Поведены параметрические численные расчеты структуры течения, а также главных компонент тензора скольжения на супергидрофобной поверхности для течения в микроканале с нижней СГП и сдвигового течения вблизи СГП. Развита и исследована модель вязкого течения в микроканале с супергидрофобной стенкой в условиях больших продольных градиентов давления, когда положение менисков в микрокавернах изменяется по продольной координате. Проведены численные расчеты газокапельного пограничного слоя на плоской стенке в условиях наличия и отсутствия испарения капель.
2 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Развитие новых методов исследования многофазных течений
Результаты этапа: В рамках двухжидкостной модели продолжено исследование задач гидродинамической устойчивости плоскопараллельных дисперсных потоков. Рассмотрены течения вязкой среды с дисперсными включениями в вертикальном плоском канале и вертикальное течение Куэтта с учетом силы тяжести. Показано, что в отличие от течения с однородным распределением частиц, стратифицированное течение оказывается неустойчивым в широком диапазоне определяющих параметров. Неустойчивость стратифицированного течения обусловлена гравитационной модой, характеризующейся коротковолновыми возмущениями, а при больших числах Рейнольдса неустойчивость связана со сдвиговой модой, имеющей больший инкремент нарастания. Продолжено развитие лагранжевых подходов для расчета распределения концентрации инерционной дисперсной примеси в нестационарных газодисперсных потоках. Исследован процесс формирования локальных зон накопления дисперсной примеси при столкновения двух импульсных ламинарных газодисперсных струй. Существенным новым элементом явилось развитие полного лагранжева подхода для исследования распределения инерционной примеси в турбулентных потоках. На двух модельных примерах турбулентных течений исследовано влияние инерции дисперсной примеси и турбулентного перемешивания на неоднородное распределение числовой плотности частиц. Показано, что предлагаемый обобщенный лагранжев подход позволяет успешно и с малыми вычислительными затратами рассчитывать турбулентные течения с формированием каустик и локальных областей повышенной концентрации частиц. С использованием метода граничных интегральных уравнений проведено параметрическое численное исследование медленного течения вязкой жидкости в микроканале, образованном текстурированными стенками полосчатой структуры. Установлено, что заметное снижение сопротивления микроканала происходит не только при использовании супергидрофобных стенок, но и в случае, когда микрокаверны полностью заполнены жидкостью. Продолжено численное исследование сверхзвукового пограничного слоя вязкого теплопроводного газа с примесью жидких капель на плоской адиабатической пластине с учетом формирования жидкой пленки на обтекаемой поверхности. Показано, что при исходных значениях массовой концентрации капель порядка нескольких процентов происходит снижение равновесной температуры адиабатической стенки на десятки процентов. Завершено построение модели и разработка численного алгоритма для исследования в квазидвумерной (с осреднением всех параметров фаз поперек канала) постановке движения суспензии в вертикальном плоском канале в поле силы тяжести. Проведена серия отладочных расчетов и продемонстрированы примеры развития неустойчивостей типа Сэфмана-Тэйлора на границе облака оседающих частиц. В рамках обобщенного уравнения типа Орра-Зоммерфельда исследована устойчивость свободной пленки (пелены) вязкой теплопроводной жидкости в условиях открытого космоса и показано, что в открытом космосе могут проявляться механизмы неустойчивости, обусловленные неизотермичностью течения, приводящей к возникновению градиентов вязкости и поверхностного натяжения. Построена и численно исследована детальная модель разбрызгивания пленки на вращающемся диске. Показано, что полученные характеристика спрея удовлетворительно согласуются с известными экспериментальными данными.
3 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Развитие новых методов исслеований многофазных течений
Результаты этапа: Проведен параметрический численный анализ устойчивости вертикального течения Куэтта дисперсной смеси в поле силы тяжести. Обнаружено появление нового типа неустойчивости - гравитационной моды, проявляющейся уже при малых числах Рейнольдса течения. Cформулированы обобщающие результаты исследования гидродинамической устойчивости плоскопараллельных двухфазных потоков. Полный лагранжев подход для исследования существенно нестационарных газодисперсных потоков развит на случай исследования поведения конечных объемов дисперсной фазы в импульсной двухфазной струе. Построена и исследована математическая модель развития неустойчивости в жидкой пленке, распространяющейся по вращающемуся диску. Проведен численный анализ неустойчивости и процесса распада на капли криволинейных вращающихся капиллярных струй вязкой жидкости, сходящих с краев вращающегося диска. В рамках построенной в проекте квазидвумерной модели гравитационной конвекции суспензии в вертикальных слотах проведены расчеты распространения конечных объемов дисперсной фазы в вертикальном слоте, занятом вязкой жидкостью, при различных законах массоподвода. Изучено развитие неустойчивостей на границе раздела "суспензия чистая жидкость". Проведены расчеты сдвигового течения вязкой жидкости вблизи супергидрофобных границ при наличии наложенных гармонических колебаний давления.

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".