Численная модель влияния перекрёстных ультразвуковых полей на формирование агломератов дымовых частиц

Предложен метод расчёта поведения и формирования агломератов дымовых частиц в перекрёстных ультразвуковых полях. Предложенный метод учитывает: сближение агломератов с учётом моментов сил обтекания со стороны газового потока; вращение агломератов за счёт моментов сил со стороны обтекания газового потока; фазовый сдвиг между перекрёстными ультразвуковыми полями, который приводит к вращению результирующего вектора колебательной скорости, и, следовательно, к увеличению эффективной площади сечения столкновения за счёт вращения агломератов. Построено описание морфологии и положения агломератов при представлении агломерата в виде твёрдого тела, характерного для твёрдофазных аэрозолей в виде дымов. Получено уравнение динамики поступательного и вращательного движения агломерата с учётом взаимодействия частиц. Доказано утверждение о наличии вращательного движения с ограниченной угловой скоростью, пропорциональной уровню звукового давления, при фазовом сдвиге перекрёстных полей, равном 90 градусов. Путём численных экспериментов установлено критическое значение угла фазового сдвига, при котором псевдовращательное движение (изменение угла поворота в ограниченном диапазоне, ширина которого составляет менее 180 градусов) переходит во вращательное движение (агломерат делает полный оборот на угол 360 градусов). Критический фазовый сдвиг зависит (слабо) от уровня звукового давления и составляет 82–85 градусов. Переход во вращательное движение позволит повысить эффективность образования более крупных агломератов за счёт увеличения усреднённого сечения при столкновении частиц, обусловленного разностью размеров агломератов по разным осям. Установлено, что для практической реализации повышения эффективности осаждения дымов наиболее целесообразным и реализуемым является ультразвуковое воздействие в перекрёстных полях с разностью частот, много меньшей основной частоты (около 100–200 Гц). Такое воздействие гораздо проще осуществляется по сравнению с поддержанием постоянного фазового сдвига между перекрёстными полями и увеличивает площадь сечения столкновения до нескольких раз.