Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Молекулярное моделирование взаимодействия аэрозольного потока с рельефным телом

Автор: Иван Алексеевич Амелюшкин (ЦАГИ) Amelyushkin_Ivan@mail.ru

Управление взаимодействием дисперсных течений с твердым телом представляет интерес в широкой области практических приложений. Разработаны оригинальные математические модели, численные алгоритмы расчета и управления взаимодействием аэрозольных течений с твердыми телами различной степени гидрофобности. Поведение атомов твердого тела определяется температурой Дебая, молярной массой и температурой. Получены результаты параметрических исследований влияния рельефа и температуры на коэффициенты восстановления скорости частиц, диаграмму направленности отраженных частиц при ударе о рельефное тело. Параметры удара капель соответствуют числам Вебера в реальных условиях. Результаты сопоставлены с данными других исследователей. Получены значения коэффициентов взаимодействия частиц воды с волнистым твердым телом в предположении, что характерные размеры рельефа поверхности λ, h (см. рис.) значительно превышают размеры молекул. Помимо геометрических параметров рельефа обтекаемого тела на прилипание потока значительно влияет коэффициент растекания AК=εw-m/εm-m≈0.5(1+cosθ) – отношение сил адгезии к когезии, который связывает характерные значения энергий взаимодействия молекул ε с краевым углом смачивания θ. На основании полученных в работе экспериментальных данных созданы оригинальные математические модели явлений, сопровождающих кристаллизацию переохлажденных метастабильных капель в задачах противодействия обледенению летательных аппаратов.

Рис.: слева – схема взаимодействия частиц с рельефным телом на дне пограничного слоя реально-го газа; углы αi, αr – между вектором скорости частицы и нормалью к средней поверхности тела; в центре – временной ход компонент скорости частиц, соударяющихся с волнистой поверхно-стью; справа – зависимость минимальной скорости удара переохлажденных капель о твердое тело, при которой происходит переход из метастабильного состояния