NUMERICAL STUDY OF THE INFLUENCE OF DISPERSED INCLUSIONS SIZE ON THE GAS-SUSPENSION SPLITTING PROCESS IN VACUUM
Authors: Тукмаков Д.А. , Тукмакова Н.А. 
Published: December 2021

В работе моделируется течение однородного газа и неоднородной среды. Целью работы является изучение влияния размера частиц дисперсной компоненты смеси на истечение дисперсной среды в вакуум и выявление отличий от процесса истечения в вакуум однородного газа. Математическая модель, примененная в данной работе, реализует континуальную методологию моделирования течения неоднородной среды, такого рода методика моделирования движения смеси предполагает решение полной гидродинамической системы уравнений движения для каждой из компонент смеси, системы уравнений движения компонент смеси связаны слагаемыми, отвечающими за межфазное силовое и тепловое взаимодействие. Система уравнений включает уравнения непрерывности для плотности несущей среды и средней плотности дисперсной компоненты смеси. Для описания сохранения импульса несущей среды решалось уравнение Навье-Стокса, для дисперсной компоненты смеси также записывалось уравнение сохранения импульса с учетом слагаемых отвечающих за межкомпонентное взаимодействие. Уравнения сохранения энергии компонент смеси решались с учётом межкомпонентного теплообмена. Система уравнений математической модели дополненная краевыми условиями решалась явным конечно-разностным методом второго порядка точности. В результате моделирования выявлены отличия в распределении параметров сплошной среды при распространении в вакуум чистого газа и газовой взвеси частиц. Также выявлено влияние размера частиц дисперсной фазы на процесс истечение несущей среды и дисперсной компоненты газовзвеси в вакуум.

The work simulates the flow of a homogeneous gas and an inhomogeneous medium. The aim of the work is to study the influence of the particle size of the dispersed component of the mixture on the outflow of the dispersed medium into vacuum and to identify differences from the process of outflow of a homogeneous gas into the vacuum. The mathematical model used in this work implements a continuous methodology for modeling the flow of an inhomogeneous medium, this kind of methodology for modeling the mixture motion involves solving the complete hydrodynamic system of equations of motion for each of the components of the mixture, the systems of equations of motion of the components of the mixture are connected by terms responsible for the interphase force and thermal interaction. The system of equations includes continuity equations for the density of the carrier medium and the average density of the dispersed component of the mixture. To describe the momentum conservation of the carrier medium, the Navier-Stokes equation was solved for the dispersed component of the mixture, the equation of momentum conservation was also written taking into account the terms responsible for the intercomponent interaction. The energy conservation equations for the mixture components were solved taking into account inter-component heat transfer. The system of equations of the mathematical model supplemented by boundary conditions was solved by an explicit finite-difference method of the second order of accuracy. As a result of the simulation, differences in the distribution of the parameters of a continuous medium during the propagation of pure gas and gas suspension of particles into a vacuum are revealed. The effect of the particle size of the dispersed phase on the process of the outflow of the carrier medium and the dispersed component of the gas suspension into vacuum was also revealed.