Численное моделирование динамики электрически заряженного многофракционного аэрозоля, движущегося в канале под действием силы кулона и аэродинамических сил

Abstract

Данная работа посвящена математическому моделированию динамики электрически заряженного аэрозоля в канале. Исследование связано с моделированием процессов работы электрического фильтра дисперсных сред. Для оптимизации технологий электрической фильтрации дисперсных сред необходимо понимание закономерностей динамики заряженных дисперсных частиц в электрическом поле. Математическая модель реализована в виде компьютерной программы. Программный код представляет собой конечно-разностный численный алгоритм решения уравнений математической модели. Моделируемая среда состоит из двух компонент: первая компонента — вязкий сжимаемый теплопроводный газ, для описания динамики которого используется система уравнений Навье-Стокса; вторая компонента представляет собой электрически заряженные частицы. Математическая модель учитывала межкомпонентный обмен импульсом и теплом. Дисперсная составляющая аэрозоля описывалась с учетом многофракционного состава. Каждая фракция имеет свой размер частиц, плотность и теплоемкость материала. В работе предполагалось, что к стенкам канала прикладывался электрический потенциал: отрицательный потенциал прикладывался к нижней стенке, а положительный — к верхней стенке канала. Проведены расчеты движения многофракционной электрически заряженной газовзвеси в канале. Рассматривалось два случая — в первом случае все фракции дисперсной компоненты аэрозоля имеют одну физическую плотность материла и различные размеры частиц. Второй случай — частицы имеют один размер и отличаются плотностью материала. Выявлено, что при одинаковой плотности материала вертикальная скорость частицы и интенсивность процесса осаждения больше при увеличении размера частиц. Также выявлено, что при одинаковом размере частиц более интенсивно осаждаются частицы с большей плотностью материала. Выявленные закономерности возможно использовать при оптимизации технологий электрической фильтрации дисперсных сред.

Keywords

• численное моделирование
• аэрозоли
• полидисперсная газовзвесь
• электрически заряженные среды