ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КОЛЕБАНИЙ АЭРОЗОЛЯ В АКУСТИЧЕСКОМ РЕЗОНАТОРЕ КУБИЧЕСКОЙ ФОРМЫ, "Наука юга России"

Abstract

Работа посвящена моделированию колебаний аэрозоля в акустическом резонаторе кубической формы, а также в акустическом резонаторе в форме трубы, в которой высота на порядок больше ширины. Математическая модель учитывала вязкость, сжимаемость и теплопроводность несущей среды. Для каждой из фаз смеси, газовой и дисперсной, решалась полная гидродинамическая система уравнений, состоящая из уравнений непрерывности массы, пространственных компонент импульса и энергии. Межфазное взаимодействие включало в себя обмен импульсом и теплообмен. Межфазный обмен импульсом учитывал силу аэродинамического сопротивления, динамическую силу Архимеда и силу присоединенных масс. Уравнения интегрировались конечно-разностным методом второго порядка точности. Для подавления численных осцилляций применялась схема нелинейной коррекции. Уравнения математической модели были дополнены граничными условиями – для составляющих скорости несущей и дисперсной фаз смеси задавались однородные граничные условия Дирихле на неподвижных поверхностях и однородные граничные условия Неймана для остальных физических параметров смеси. На движущихся поверхностях задавалось изменение вертикальной составляющей скорости. Численные расчеты колебаний аэрозоля в трубе сопоставлены с результатами физического эксперимента, сопоставление показало приемлемые результаты. Выявлены закономерности влияния объемного содержания на динамику компонент смеси. Результаты расчетов демонстрируют, что величина изменения амплитуды давления и скорости несущей среды и скорости дисперсной фазы обратно пропорциональна объемному содержанию дисперсной фазы. Выявленная закономерность объясняется увеличением межфазного взаимодействия при увеличении концентрации дисперсной фазы. Также увеличение объемного содержания аэрозоля приводит к уменьшению не только амплитуды колебаний, но и резонансной частоты.