Описание и анализ динамических процессов в плотных газовзвесях

Развита физико-математическая модель для описания ударно-волновых течений в насыщенных инертных и реагирующих двухфазных средах типа газ - твердые частицы с описанием хаотического движения частиц и их столкновений на основе молекулярно-кинетических подходов теории гранулированных материалов. Модель верифицирована по известным экспериментальным данным. Проведен характеристический анализ системы, определены области гиперболичности. Получены аналитические условия на скачках, установлена возможность существования двух типов скачков. На основе решения нестационарной задачи взаимодействия УВ с облаком частиц определены установившиеся одно- и двухфронтовые структуры в газовзвеси. Определены характеристики влияния параметров потока и свойств материала частиц на реализацию различных типов ударно-волновых структур. Предложена приближенная гиперболизованная модель, и определены границы ее применимости. Разработана численная технология расчетов нестационарных ударно-волновых течений в смесях газа и твердых частиц с учетом столкновений частиц и адекватных представлений сил межфазного взаимодействия для расширенного диапазона объемных концентраций частиц вплоть до предельных значений плотной упаковки в областях течения. Модель и метод тестированы на задаче о взаимодействии ударной волны с плотным слоем, получено хорошее соответствие данным экспериментов. Выявлена ограниченность применения пакета ANSYS FLUENT для расчетов ударно-волновых процессов в столкновительных газовзвесях. На основе собственных программных кодов решен ряд одно- и двумерных задач ударно-волновой динамики газовзвесей. Определены характеристики столкновительной динамики пылевзвесей при ударно-волновых и детонационных процессах. Установлено, что в процессах детонации вклад столкновений не сказывается на скорости фронта и характеристиках ячеистой структуры, но влияет на дисперсию формирующихся слоевых структур инертной пыли. В процессах дисперсии слоя вклад столкновений частиц сопоставим с влиянием сил Магнуса. В процессах дифракции значимого влияния столкновений на формирующиеся в области уступа структуры течения не обнаружено. В задаче о разлете пылевзвеси при центральном взрыве столкновения частиц оказывают определяющее влияние на начальном этапе взаимодействия ударной волны с оболочкой, таким образом существенно влияют на общую картину диспергирования.