Структура ударной волны в газодисперсной смеси при высоком

XLI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 10 – 14 февраля 2014 г.
СТРУКТУРА УДАРНОЙ ВОЛНЫ В ГАЗОДИСПЕРСНОЙ СМЕСИ ПРИ ВЫСОКОМ
ОБЪЕМНОМ ГАЗОСОДЕРЖАНИИ
В.Ю. Великодный, А.В. Дыренков, *О Къянгван, Э.Е. Сон
Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, Россия, son@ihed.ras.ru
*
Московский физико-технический институт, Москва, Россия, recror@mipt.ru
В технических приложениях, в которых имеются гетерогенные среды, ударные волны
используются как рабочий процесс для обработки течения, в частности плазмохимических
реакторах для обеззараживания сточных вод.
В работе представлены результаты
теоретических и экспериментальных исследований структуры ударных волн в
газодисперсной смеси при числах Маха потока от 1.5 до 10. Показано, что модель, в которой
диаметр пузырька зависит от давления, дает приемлемые результаты для толщины ударной
волны при сравнении с экспериментом до чисел Маха М<2-3. Предложена модель с
дальнодействующим потенциалом типа степенного ψ ≈ 1/rν , в которой учитывается, то, что
взаимодействие пузырьков может быть на «значительном» расстоянии, а не только при
непосредственном столкновении. При сравнении с экспериментальными данными получено
удовлетворительное совпадение результата. Расчет движения дисперсной смеси, в частности
микропузырьковой, является непростой расчетно-теоретической задачей, т.к. потенциал
взаимодействия твердых частиц или пузырьков является дальнодействующим [1]. В [1]
рассматривалось движение дисперсной смеси при относительно малых объемных
содержаниях дисперсной фазы φ < 4 %. Еще более сложной задачей является расчет
движения газодисперсной пузырьковой (микропористой) среды при высоких объемных
газосодержаниях 20 % < φ < 95 % [2]. Дальнодействующий характер силы взаимодействия
пузырьков не учитывался в [2]., хотя он не обязательно должен быть таким как в [1]. Это, повидимому, оправдано для течений с относительно небольшими скоростями. Однако, как
показали сравнения экспериментальных данных для толщины ударной волны, полученных
нами для чисел Маха М>2-3 , с результатами расчетов на основе [2], этот подход может
быть использован для количественного и качественного описания структуры ударной волны
до чисел Маха М < 2 – 3. Из Рис.1 видно, что модель «мягких сфер» имеет сильное отличие
от степенных потенциалов не только количественное, но и качественное.
dbub/delta при разных nu при phi1=0.5
0.3
0.25
0.2
nu=1
nu=2
nu=10
nu=inf
0.15
0.1
0.05
11.1
9.9
10.5
9.3
8.7
8.1
7.5
6.9
6.3
5.7
5.1
4.5
3.9
3.3
2.7
2.1
1.5
0
Рис.1
Рис.2
На Рис. 2 представлено сравнение теоретической зависимости толщины ударной волны от
числа Маха с экспериментальными данными.
Литература
[1]. Гуськов О. Б. Метод самосогласованного поля применительно к динамике вязких
суспензий// ПММ. 2013. Т. 77. Вып. 4. С. 557 -572.
[2]. Великодный В.Ю., Быков А.А. Структура ударной волны в пузырьковой и пористой
жидкости// Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010, № 10,
www.chemphys.edu.ru/pdf/2010-10-26-001.pdf
1
XLI Международная (Звенигородская) конференция по физике плазмы и УТС, 10 – 14 февраля 2014 г.
2