Численное моделирование процесса распыливания керосина центробежной форсункой

ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2016. № 3

моделирование истечения жидкости из форсунки с любой геомет-

рией в газообразную среду. Их решение реализовано в программах

вычислительной гидрогазодинамики.

Модель вторичного распада.

В качестве модели вторичного рас-

пада применялся метод Taylor analogy breakup (TAB). Это классиче-

ский подход для решения таких задач, который применим для большо-

го числа вариантов распыливания топлива. Метод работает следую-

щим образом: как только число Вебера капли достигает критического

значения, она распадается на некоторое число новых капель и далее

ведется моделирование движения только образовавшихся частиц. По-

дробнее об этом методе и его реализации можно узнать в [16].

Моделирование столкновения и слияния капель.

Моделирова-

ние столкновений капель проводится на основе стохастического мето-

да O’Rourke [20]. Если определено, что две капли сталкиваются, то

рассчитывается результат их столкновения. Критические случаи — это

слияние (как правило, если капли сталкиваются фронтально) и отскок

(если капли сталкиваются под углом). В системе, используемой

ANSYS FLUENT [18], вероятность слияния связана со смещением цен-

тра собирающей капли и траекторией меньшей капли. В свою очередь,

смещение является функцией числа Вебера столкновения и относи-

тельных радиусов большей и меньшей капель. Более подробно о мето-

де и его реализации можно узнать в [16].

Моделирование движения жидкой фазы.

Капли керосина (дис-

персная фаза) моделируют с помощью подхода Лагранжа (газ + дискрет-

ные частицы). Модель подразумевает учет двухстороннего взаимодей-

ствия так, что и параметры газовой среды влияют на параметры

частицы, и сама дискретная частица, перемещаясь, оказывает воздействие

на основной поток — происходит перенос импульса (в других случаях —

энергии, массы). Баланс сил выглядит следующим образом [16]:









  



 





p g

d g p

F u u

где

18 Re







p p

— лобовое сопротивление;



— плотность ве-

щества частиц;

— диаметр частиц;

— число Рейнольдса.

Коэффициент лобового сопротивления может определяться раз-

личными способами — из приближения постоянной сферической фор-

мы капель, несферическим алгебраическим подходом, зависимостью

Стокса — Каннингема, специально разработанным для моделирования

высокоскоростных потоков подходом с учетом течения с высокими

значениями числа Маха, дифференциальной моделью динамического

изменения коэффициента сопротивления и т. п. [16]. В настоящей ра-

боте исследуются метод, основанный на постоянной сферической