Моделирование инерционного осаждения взвешенных частиц в фильтре смешанного типа
https://doi.org/10.26907/2541-7746.2024.2.262-272
Аннотация
Представлена математическая модель движения взвешенных аэрозольных частиц в фильтре смешанного типа. Для несущей среды принята модель течения несжимаемой жидкости в пористом периодическом элементе, состоящем из множества цилиндров различного диаметра в диапазоне нано- и микрометров. Краевая задача Стокса для функции тока течения решена с помощью метода граничных элементов. В найденном поле скоростей несущей среды рассчитаны траектории взвешенных частиц для нахождения эффективности их осаждения в результате инерционной импакции и механизма зацепления. Для различных соотношений массовых долей нано- и микроволокон рассчитаны зависимости эффективности осаждения от числа Стокса.
Ключевые слова
аэрозольный фильтр,
инерционное осаждение,
лагранжевы уравнения движения частиц,
метод Рунге – Кутты,
число Стокса
При поддержке: Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда № 22-21-00176.
Об авторах
Д. А. Сафин
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Сафин Дамир Айдарович, магистрант кафедры аэрогидромеханики
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Ш. Х. Зарипов
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Зарипов Шамиль Хузеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой моделирования экологических систем
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Р. Ф. Марданов
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Марданов Ренат Фаритович, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры аэрогидромеханики
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Е. А. Костерина
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Россия
Россия
Костерина Екатерина Александровна, кандидат физико-математических наук, доцент, доцент кафедры моделирования экологических систем
ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008
Список литературы
1. Choi H.-J., Kumita M., Hayashi S., Yuasa H., Kamiyama M., Seto T., Tsai C.-J., Otani Y. Filtration properties of nanofiber/microfiber mixed filter and prediction of its performance. Aerosol Air Qual. Res., 2017, vol. 17, no. 4, pp. 1052–1062. https://doi.org/10.4209/aaqr.2016.06.0256.
2. Liu Y., Qian X., Zhang H., Wang L., Zou C., Cui Y. Preparing micro/nano-fibrous filters for effective PM 2.5 under low filtration resistance. Chem. Eng. Sci., 2020, vol. 217, art. 115523. https://doi.org/10.1016/j.ces.2020.115523.
3. Panina E., Mardanov R., Zaripov S. Mathematical model of the flow in a nanofiber/microfiber mixed aerosol filter. Mathematics, 2023, vol. 11, no. 16. art. 3465. https://doi.org/10.3390/math11163465.
4. Liu Z.G., Wang P.K. Pressure drop and interception efficiency of multifiber filters. Aerosol Sci. Technol., 1997, vol. 26, no. 4, pp. 313–325. https://doi.org/10.1080/02786829708965433.
5. Hosseini S.A., Tafreshi H.V. Modeling particle filtration in disordered 2-D domains: A comparison with cell models. Sep. Purif. Technol., 2010, vol. 74, no. 2, pp. 160–169. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2010.06.001.
6. Yang H., Fu H., Zhu H. A new expression for inertial particle collection efficiency by nanofibers with slip effect. Chem. Eng. Sci., 2022, vol. 263, art. 118061. https://doi.org/10.1016/j.ces.2022.118061.
7. Kirsh V.A. Inertial deposition of submicron aerosols in model fibrous filters composed of ultrafine fibers. Colloid J., 2023, vol. 85, no. 3, pp. 377–388. https://doi.org/10.1134/S1061933X23600331.
8. Tsitouras Ch., Famelis I.Th. Phase-fitted modified Runge-Kutta pairs of order 6(5). Proc. Int. Conf. on Numerical Analysis and Applied Mathematics (INCAAM 2006): Ext. Abstr. Simos T., Psihoyios G., Tsitouras C. (Eds.). Weinheim, Wiley-VCH, 2006, pp. 1962–1965.
Рецензия
Для цитирования:
Сафин Д.А., Зарипов Ш.Х., Марданов Р.Ф., Костерина Е.А. Моделирование инерционного осаждения взвешенных частиц в фильтре смешанного типа. Ученые записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. 2024;166(2):262–272. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2024.2.262-272
For citation:
Safin D.A., Zaripov Sh.Kh., Mardanov R.F., Kosterina E.A. Modeling the Inertial Deposition of Aerosol Particles in a Mixed-Type Filter. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Fiziko-Matematicheskie Nauki. 2024;166(2):262–272. (In Russ.) https://doi.org/10.26907/2541-7746.2024.2.262-272
Просмотров:
123
Послать статью по эл. почте 