Результаты численного моделирования двухфазного течения жидкость/газ при постоянных и реальных теплофизических свойствах жидкости в ударно-струйной форсунке

Исследовано истечение жидкости в спутном воздушном потоке из ударно-струйной форсунки с использованием коммерческого программного комплекса с варьированием начальных и граничных условий. Получены газодинамические характеристики и поля давления, скорости, температуры и объемной доли двухфазного потока. Установлено влияние теплофизических свойств жидкости на процесс распада струи ударно-струйной форсунки. Проведено сравнение результатов численного моделирования задачи истечения жидкости из ударно-струйной форсунки при постоянных и реальных (зависящих от температуры) теплофизических свойствах жидкой фазы. Определено качественное и количественное влияние входного давления жидкости в форсунке на процесс дробления струи. В результате серии расчетов выявлены минимально необходимый шаг по времени и размеры расчетной сетки для корректного решения данной задачи. Выяснено, что при реальных теплофизических свойствах объемное содержание жидкой фазы больше, чем при постоянных.

Литература

[1] Матюнин О.О., Бачев Н.Л., Бульбович Р.В. Численное моделирование течения в полости струйно-струйной жидкостной форсунки. Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника, 2015, № 43, с. 19–33.

[2] Лисицин А.Н., Бадерников А.В., Печеник Е.В. Результаты численного моделирования двухфазного течения жидкость/газ на основе упрощенной модели масляного картера. Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета, 2014, № 5(47), ч. 2, с. 135–142.

[3] Варгафтик Н.Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей. Москва, Наука, 1972, с. 48–49, 51, 53.

[4] Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. Москва, Машиностроение, 1994. 320 с.

[5] Лисицин А.Н. Повышение эффективности проектирования масляных полостей опор ГТД на основе метода численного моделирования двухфазного течения. Дис. … канд. техн. наук. Рыбинск, 2015. 128 с.

[6] Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of fluid (VOF) method for the dynamics of free boundaries. Journal of Computational Physics, 1981, vol. 39(1), pp. 201–225, doi: 10.1016/0021-9991(81)90145-5

[7] Favre A. Equations des gaz turbulents compressibles. Part 1: Formes generals. Journal de Mecanique, 1965, vol. 4, no. 3, pp. 361–390.

[8] Favre A. Equations des gaz turbulents compressibles. Part 2: Method des vitesses moyennes; method des vitesses moyennes ponderees par la masse volumique. Journal de Mecanique, 1965, vol. 4, no. 3, pp. 391–421.

[9] Арефьев К.Ю., Воронецкий А.В., Прохоров А.Н., Сучков С.А., Филимонов Л.А. Анализ влияния типа форсунок и направления впрыска жидкости на эффективность двухфазного смесеобразования в канале постоянного сечения. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2016, № 7, с. 94–104, , doi: 10.18698/0536-1044-2016-7-94-104

[10] Tsipenko A.V., Karpyshev A.V. Numerical investigation for criteria of compactness for two-phase jets. Fluid-particle interaction-VI conference, 25–30 August, 2002, Barga, Italy, UEF, poster session.

[11] Tsipenko A.V., Karpyshev A.V. An experimental investigation of heterogeneous jet with a large mass loading ratio in the propeller flow. Fluid-particle interaction-VI conference, 25–30 August, 2002, Barga, Italy, UEF, poster session.

[12] Naphon P. Thermal performance and pressure drop of the helical-coil heat exchangers with and without helically crimped fins. International Communications in Heat and Mass Transfer, 2007, vol. 34(3), pp. 321–330, doi: 10.1016/j.icheatmasstransfer.2006.11.009

[13] Naphon P., Wongwises S. A review of flow and heat transfer characteristics in curved tubes. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2006, vol. 10, no. 5, pp. 463–490, doi: 10.1016/j.rser.2004.09.014

[14] Jayakumar J.S., Mahajani S.M., Mandal J.C., Vijayan P.K., Bhoi R. Experimental and CFD estimation of heat transfer in helically coiled heat exchangers. Chemical Engineering Research and Design, 2008, vol. 86(3), pp. 221–232, doi: 10.1016/j.cherd.2007.10.021

[15] Ghorbani N., Taherian H., Gorji M., Mirgolbabaei H. Experimental study of mixed convection heat transfer in vertical helically coiled tube heat exchangers. Experimental Thermal and Fluid Science, 2010, vol. 34(7), pp. 900–905, doi: 10.1016/j.expthermflusci.2010.02.004