Расчетно-экспериментальное исследование влияния газодинамических факторов на случайно-статистическое распределение частиц в двухфазном высокоскоростном потоке


Авторы

Абрамов М. А.1, 2*, Арефьев К. Ю.1, 2, Воронецкий А. В.2, Саркисов А. В.2, Гришин И. М.1, Кручков С. В.1

1. Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), МФТИ, Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская облаcть, 141701, Россия
2. Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2-я Бауманская ул., 5, стр. 1, Москва, 105005, Россия

*e-mail: abramov.ma@mipt.ru

Аннотация

Представлены результаты расчетно-экспериментального исследования особенностей течения двухфазного сверхзвукового потока при воздействии сносящего потока. С помощью экспериментальной установки, созданной на базе стенда для газодинамического напыления покрытий, определено влияние скоростного напора сносящего потока на поперечное распределение частиц дисперсной фазы в сверхзвуковом потоке. Определены значения эмпирических коэффициентов в уравнениях преобразования дискретных траекторий частиц в локально-непрерывное поле расходонапряженности дисперсной фазы. Проведен анализ влияния скоростного напора сносящего потока на среднеквадратичное отклонение локализации частиц вдоль траектории в сверхзвуковом потоке на основе сравнения расчетных и экспериментальных данных.

Ключевые слова:

двухфазный поток, метод Лагранжа-Эйлера, плотность распределения вероятности, среднеквадратичное отклонение, расходонапряженность дисперсной фазы

Библиографический список

  1. Башарина Т.А., Шматов Д.П., Глебов С.Е., Акользин И.В. Исследование струйно-центробежной форсунки спринклерной системы атомной электростанции методом вычислительного эксперимента на основе математической модели с учетом дисперсной среды // Труды МАИ. 2023. № 132. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=176844

  2. Савин Е.И., Миньков Л.Л. Исследование коэффициентов лобового сопротивления и параметров ракетного двигателя твердого топлива для анализа движения бикалиберного летательного аппарата ближней зоны действия // Труды МАИ. 2023. № 130. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=174603. DOI: 10.34759/trd-2023-130-07

  3. Дикшаев А.И., Костяной Е.М. Определение рациональных параметров и алгоритма работы бикалиберной ракеты с ракетно-прямоточным двигателем // Труды МАИ. 2014. № 74. URL: https://trudymai.ru/published.php?ID=49300

  4. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков: проблемы и достижения // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С. 421–455.

  5. Kozul M. A scanning particle tracking velocimetry technique for high‑Reynolds number turbulent flows // Experiments in Fluids, 2019, vol. 60, no. 137, pp. 255-266. DOI: 10.1007/s00348-019-2777-3

  6. Barnkob R., Kahler C.J., Rossi M. General defocusing particle tracking // Lab on a Chip, 2015, no. 5, pp. 562-568. DOI: 10.1007/s00348-020-2937-5

  7. Buist K.A., Jayaprakash P., Kuipers J.A.M. Magnetic Particle Tracking for Nonspherical Particles in a Cylindrical Fluidized Bed // AIChE Journal, 2017, vol. 63, no. 12, pp. 86-98. DOI: 10.1002/aic.15854

  8. Ge W., Sankaran R. An Adaptive Particle Tracking Algorithm for Lagrangian-Eulerian Simulations of Dispersed Multiphase Flows // Conference: AIAA Scitech 2019 Forum, 2019, no. 0728, pp. 582-691. DOI: 10.2514/6.2019-0728

  9. Khare P., Wang S., Yang V. Modeling of finite-size droplets and particles in multiphase flows // Chinese Journal of Aeronautics, 2015, vol. 28, no. 4, pp. 974 – 982. DOI: 10.1016/j.cja.2015.05.004

  10. Нигматулин Р.И., Губайдуллин Д.А. Влияние фазовых превращений в акустике полидисперсных туманов // Доклады РАН. 1996. Т. 347. № 3. С. 330.

  11. NakoryakovV.E., KashinskyO.N., BurdukovA.P. et al. Local characteristics of upward gas-liquids flows // International Journal of Multiphase flow, 1981, vol. 7, pp. 63-81. DOI: 10.1016/0301-9322(81)90015-X

  12. Ягодников Д.А. Воспламенение и горение порошкообразных металлов. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. - 432 с.

  13. Пеньков С.Н., Сухов А.В. Воспламенение и горение бора (единая модель) // Известия вузов. Серия: Машиностроение. 1980. № 1. С. 56-66.

  14. Ягодников Д.А., Воронецкий А.В., Сарабьев В.И. Воспламенение и горение пиротехнических составов на основе микро- и наночастиц диборида аллюминия в воздушном потоке в двухзонной камере сгорания // Физика горения и взрыва. 2016. Т. 52. № 3. С. 51-58.

  15. Яненко Н.Н., Солоухин Р.И., Папырин А.Н. и др. Сверхзвуковые двухфазные течения в условиях скоростной неравновесности частиц. - Новосибирск: Наука, 1980. 160 с.

  16. Рычков А.Д. Математическое моделирование газодинамических процессов в каналах и соплах. - Новосибирск: Наука, 1988. – 222 с.

  17. Garg R., Narayanan C., Subramaniam S. A Numerically Convergent Lagrangian-Eulerian Simulation Method for Dispersed Two-Phase Flows // International Journal of Multiphase Flow, 2009, vol. 35, no. 4, pp. 376–388. DOI: 10.1016/j.ijmultiphaseflow.2008.12.004

  18. Doisneau F., Arienti M., Oefelein J.C. A Semi-Lagrangian Transport Method for Kinetic Problems with Application to Dense-to-Dilute Polydisperse Reacting Spray Flows // Journal of Computational Physics, 2017, vol. 329, pp. 48–72. DOI: 10.1016/j.jcp.2016.10.042

  19. Edwards H.C. et al. Manycore performance-portability: Kokkos multidimensional array library // Scientific Programming, 2012, vol. 20, no. 2, pp. 89–114. DOI:10.1155/2012/917630

  20. Воронецкий А.В., Арефьев К.Ю., Абрамов М.А. Расчетное исследование эффективности инжекции двухфазного потока горючего в цилиндрическую камеру дожигания с несимметричным подводом воздуха // Теплофизика и аэромеханика. 2020. Т. 27. № 6. С. 833-851.

  21. Воронецкий А.В., Арефьев К.Ю., Абрамов М.А. Параметрическое расчетное исследование влияния вероятностного характера отклонений траекторий частиц на неравномерность их локализации в модельном тракте // Инженерный журнал: наука и инновации. 2021. № 8. С. 1-18. DOI: 10.18698/2308-6033-2021-8-2107

  22. Воронецкий А.В., Арефьев К.Ю., Абрамов М.А. и др. Оптимизация инжекции двухфазных продуктов газификации энергетических конденсированных составов в модельную камеру сгорания малого удлинения // Теплофизика высоких температур. 2022. Т. 60. № 1. С. 94-102.

  23. Абрамов М.А., Арефьев К.Ю. Исследование движения дисперсных частиц в двухфазном потоке с учетом случайно-статистических отклонений от базовых траекторий // Всероссийская научно-техническая конференция «Ракетно-космические двигательные установки» (Москва, 19-20 октября 2023): сборник трудов. – М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2023. С. 91.

  24. Wielage B., Wank A., Pokhmurska H., et al. Development and Trends in HVOF Spraying Technology // Surface and Coatings Technology, 2006, vol. 201, no. 5, pp. 2032-2037. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2006.04.049

  25. Hawryluk M., Ziemba J., Dworzak L. Development of a Method for Tool Wear Analysis Using 3D Scanning // Metrology and Measurement Systems, 2017, vol. 24, no.4, pp. 739-757. DOI: 10.1515/mms-2017-0054

  26. Alharbi N., Stokes J. Optimizing HVOF spray process parameteers and post-heat treatment for Micro/Nano WC-12%Co, mixed with Inconel-625 Powders: A Critical Review // 32 International Manufacturing Conference, 2015, 13 p.

  27. Бекетаева А.О., Найманова А.Ж. Численное исследование пространственного сверхзвукового течения совершенного газа при наличии поперечного вдува струи // Прикладная механика и техническая физика. 2011. T. 52. № 6. C. 58-68.

  28. Langtry R.B., Menter F.R. Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes // AIAA Journal, 2009, vol. 47, no. 12, pp. 2894–2906. DOI: 10.2514/1.42362


Скачать статью

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2000—2024

 Вход