ПРОФИЛЬ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЫСОКОИНЕРЦИОННЫХ ЧАСТИЦ В ПРИСТЕННОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ ПРИ БОЛЬШИХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА

Abstract

Актуальность работы обусловлена многочисленными применениями турбулентных газодисперсных потоков во многих аппаратах и устройствах, применяемых в добыче полезных ископаемых, при транспортировке природных ресурсов, в энергетике, химической технологии и других отраслях промышленности. В качестве примеров можно привести технологии и установки пневмотранспорта порошкообразных материалов, штреки горных выработок, вентиляционные каналы для помещений различных типов, системы газоочистки и т. д. Течения со взвешенными частицами также широко распространены в природе и являются объектами исследований в метеорологии, геоморфологии, гидравлике русловых процессов и речных наносов и др. Взаимодействие инерционных частиц с неоднородными пристенными турбулентными потоками является весьма сложным явлением, требующим детального моделирования на основе глубокого понимания механизмов взаимодействия частиц с многомасштабными турбулентными вихревыми структурами. Цель: моделирование распределения и статистических параметров движения высокоинерционных частиц в пристенной зоне турбулентного потока при больших числах Рейнольдса на основе стохастической лагранжевой модели турбулентности среды. Методы: статистическое моделирование методом Монте-Карло движения частиц на основе стохастической лагранжевой модели турбулентности среды и теории подобия пристенной турбулентности. Результаты. Стохастическое лагранжево моделирование динамики высокоинерционных частиц в логарифмическом слое пристенной турбулентности при больших числах Рейнольдса показало существенную неравновесность статистики скорости частиц вблизи стенки. Показано, что вблизи стенки имеет место вызванная турбофорезом аккумуляция частиц, вследствие которой концентрация частиц на стенке более чем в 3 раза превышает концентрацию частиц в ядре потока при условии упругого отскока частиц от стенки. В то же время интенсивность пульсаций нормальной к стенке компоненты скорости частиц не равна нулю на стенке и составляет примерно 1/3 от интенсивности пульсаций скорости в ядре потока.