Численное моделирование течений газовзвесей с заряженными частицами в пористых структурах

• Автор: Зарипов, Тимур Шамилевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Математическая модель и программный комплекс расчета траекторий взвешенных частиц
1.1 Модель двухфазного течения
1.1.1 Уравнения движения несущей фазы и метод конечных
объемов
1.1.2 Лагранжева модель движения частиц
1.2 Метод интегрирования уравнений движения......................частиц
1.3 Алгоритмы и программы интерполяции на произвольной неструктурированной сетке
1.3.1 Двумерная задача
1.3.2 Трехмерная задача
1.4 Расчет траекторий частиц с использованием технологии С1Л)А
1.4.1 Описание программы интерполяции на произвольной
неструктурированной сетке
1.5 Течение газовзвеси в упаковке цилиндров
2 Осаждение заряженных частиц
2.1 Осаждение заряженных частиц с учетом кулоновской силы .
2.1.1 Метод решения
2.1.2 Результаты расчетов
2.1.3 Выводы

2.2 Постановка задачи о движении заряженных частиц в гидродинамическом поле
2.3 Осаждение заряженных частиц в канале
2.4 Осаждение заряженных частиц при обтекании периодического ряда цилиндров
2.4.1 Постановка задачи
2.4.2 Результаты расчетов
3 Течение газовзвеси в упаковке сфер
3.1 Течение несущей фазы
3.2 Движение взвешенных частиц
Заключение
Список рисунков
Список таблиц
Литература

Введение
Течения газовзвеси в пористых средах встречаются в различных технических и природных системах, например, устройствах очистки воздуха. К настоящему времени разработаны математические модели, учитывающие основные физические процессы, сопровождающие двухфазные газовые течения. При этом актуальным остается создание эффективных численных методов моделирования течений газовзвеси в пористых структурах, которые применяются для фильтрации запыленного воздуха.
Улавливание взвешенных частиц в пористых структурах обеспечивается различными механизмами оседания. Для частиц малых размеров основным механизмом является диффузионное оседание, для больших — инерционная и гравитационная импакции. Для обеспечения сепарации частиц размеров переходного диапазона используется предварительная электрическая зарядка, в итоге осаждение заряженных частиц достигается за счет электростатических сил. При решении характерных задач электростатического осаждения в воздушных потоках движение заряженных частиц моделируется на основе расчета траекторий отдельных частиц (лагранжев метод) с учетом лишь электростатической индукционной силы. Строго говоря, такой подход оправдан только для одиночного заряда, но модель индукционной силы обычно применяется в предположении, что концентрация частиц достаточно мала, чтобы пренебречь их взаимным кулоновским влиянием. В случае же больших концентраций дисперсной фазы, когда пространственное распределение зарядов можно описать непрерывной функцией, совместно решаются уравнения переноса дисперс-
3. Действия в ядре:
(a) Каждый вычислительный поток определяет свой номер и в зависимости от него выбирает свою частицу.
(b) Вычисляются составляющие скорости течения газа в стартовых позициях частиц.
(c) Совершается один временной шаг для каждой из частиц.
(с1) Определяется местоположение частицы, т. е. конечный объем, в который она попала после шага интегрирования уравнений движения частиц. Если частица оказалась вне всех элементов расчетной области, то она считается осевшей на границе области (отдельные элементы фильтра или его границы).
(е) Если не превышено максимальное количество шагов, вернуться к пункту 3(с).
4. Копирование массивов рассчитанных точек траекторий частиц из памяти видеокарты.
Комплекс реализует описанную схему расчета течения газовзвеси в рамках трех различных стратегий:
1. расчет траекторий в последовательном режиме — СР1Д
2. расчет траекторий в параллельном режиме в рамках одного монолитного вычислительного ядра — ОРИ 1;
3. расчет траекторий в смешанном режиме, сводящийся к последовательным вызовам множества ядер, каждое из которых работает в параллельном режиме — ОР112.
В рамках второго подхода (ОРШ) минимизируется количество вызовов ядер из хост-программы. Необходимость использования третьего подхода