2 / 18
38
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2016. № 3
under study. Additionally, we compared the results with the experimental data derived
from the analysis of spray formation by various injectors under various flow regimes.
Finally, we discussed the results obtained and gave future studies-oriented recommen-
dations.
Keywords:
numerical simulation, Sauter mean diameter, turbulence model, sheet
constant, ligament constant, atomization, rocket engine.
Современное состояние исследований по анализу распыливания
жидких компонентов топлива центробежными форсунками ясно указы-
вает на их актуальность. Несмотря на то что за все время изучения было
выполнено большое число фундаментальных работ [1–4], составлены
зависимости качества распыливания от основных параметров ввода топ-
лива [5], проведено множество численных исследований процессов, про-
исходящих при впрыске топлива, интерес к более тщательному изуче-
нию процесса впрыска топлива постоянно возрастает.
В настоящее время рост расчетных ресурсов вкупе с постоянной
потребностью в повышении полноты сгорания топлива, которая непо-
средственно зависит от качества распыливания, привели к наличию
большого объема численных исследований этих процессов на основе
методов вычислительной гидрогазодинамики. Разрабатываются и ве-
рифицируются новые модели первичного и вторичного распадов, сли-
яния капель, их испарения и горения, проводится все более тщательное
и детальное построение математических и физических моделей.
При оценке качества смесеобразования в камерах сгорания авиаци-
онных и ракетных двигателей для определения мелкости распыливания
по среднему диаметру Заутера в настоящее время можно применять два
подхода. Первый — использование эмпирических зависимостей, состав-
ленных за долгие годы изучения проблемы ([1–5] и т. д.). Недостатком
этого способа является ограниченная применимость формул, получен-
ных и верифицированных на основе узкого диапазона данных. Кроме
того, средний диаметр, получаемый с помощью формул, может соответ-
ствовать различным распределениям капель по диаметру, что особенно
важно для оценки качества смесеобразования в современных двигателях
и энергетических установках. Второй способ — численное моделирова-
ние образования капельной струи с учетом первичного и вторичного
распадов, слияния и столкновения капель, что позволяет оценивать рас-
пыливание жидкостей в широком диапазоне устройств и режимов.
В настоящей работе особое внимание уделено одной из моделей первич-
ного распада, широко использующейся в различных коммерческих
(ANSYS CFX, ANSYS FLUENT, Star-CCM+ и т. д.), открытых
(OpenFOAM) пакетах прикладных программ вычислительной гидрогазо-
динамики для моделирования впрыска жидкости центробежными фор-
сунками — модели распада жидкой пленки LISA (Linear Instability Sheet
Atomization). В связи с широкой применимостью этой модели расчетные
и экспериментальные исследования процессов впрыска жидкости в газо-
образную среду проводятся в разных областях промышленности [6].