Моделирование динамики электризованного потока частиц при ветровом выносе средствами OpenFoam

Исследуется генерация пылевого аэрозоля при скачкообразном каскадном движении заряженных частиц над неровной поверхностью под влиянием ветра. Частицы движутся над двумя элементами типа ряби на эоловой поверхности под влиянием воздушного потока. За препятствиями поток сальтирующих частиц становится неравномерным, характер движения отмечается квазипериодичностью. Решалась задача включения электростатических эффектов в гидродинамическую модель, в которой учтено взаимовлияние частиц и воздушной среды. Предложена параметрическая модель, позволяющая учитывать в моделировании ветрового выноса заряженность самих пылевых частиц и подстилающей поверхности. Вычислительные эксперименты проведены с использованием открытого пакета OpenFOAM – Эйлерово-Лагранжевая турбулентная $k-\omega$-модель. Соответственно, динамика заряженных частиц рассматривается с учётом электризации самой поверхности. Из результатов вычислительных экспериментов для различных плотностных характеристик частиц, заряженных одноименно с поверхностью, оценено влияние электрического поля на частоту изменения числа частиц в потоке, на разброс значений скоростей движения и высоту подскоков частиц, а также на ослабление эффекта воздействия частиц на среду за препятствиями. При учете влияния электростатических эффектов выявлено усиление возмущающего воздействия частиц, вылетающих после препятствий, на воздушную среду (увеличивается расстояние от препятствия, появляется больше локальных областей возмущения). Для скоростей движения сальтирующих частиц отмечается уменьшение величины дисперсии. Высота подскоков частиц увеличивается, что подтверждается известными экспериментами. Уменьшается нижнее значение характерных частот изменения числа частиц в потоке. Неравномерность потока частиц определяет изменения в интенсивности генерации пылевого аэрозоля.