TY - JOUR

T1 - Об особенностях моделирования распада струи жидкости на капли в потоке газа

AU - Черный, Сергей Григорьевич

AU - Тарраф, Даниэль

N1 - Чёрный С.Г., Тарраф Д. Об особенностях моделирования распада струи жидкости на капли в потоке газа // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Информационные технологии. – 2025. – Т. 23. - № 1. – С. 67-87.

PY - 2025

Y1 - 2025

N2 - Решается задача первичного распада струи жидкости в потоке газа и последующего ее полного распыла в двухфазном приближении. Несущая фаза - газ, дисперсная - жидкость и ее капли, образующиеся в результате распада. Для решения используется VOF-модель (Volume of Fluid), основанная на эйлерово-эйлеровом подходе, реализованная с помощью ПК ANSYS [1]. В VOF-модели перенос каждой из фаз описывается их объемными долями - непрерывными функциями от времени и пространственных переменных. В уравнении сохранения импульса смеси воздействие жидкости и газа на смесь описывается силой поверхностного натяжения, определяемой как функция кривизны и нормального вектора к границе между жидкостью и газом. VOF-модель описывает первичный распад струи жидкости. Модели смеси (Mixture) и эйлерова (Eulerian) из той же эйлерово-эйлеровой группы моделей ПК ANSYS также способны описывать первичный распад струи жидкости, но для их замыкания нужно значение среднего диаметра капель жидкой фазы (характерный размер частиц дисперсной фазы). Для описания первичного распада струи жидкости невозможно использовать эйлерово-эйлеров подход, основанный на конвективно-диффузионных уравнениях для концентрации, массы и импульса частиц (ЭЭКД) [2; 3]. Однако ЭЭКД с меньшими, чем VOF-модель, вычислительными затратами описывает распыл, стартуя от области полного распыла. Область полного распыла жидкости требуется для старта эйлерово-лагранжева подхода [4], в котором дисперсная фаза описывается путем отслеживания траекторий капель по всей расчетной области. Траектории капель вычисляются на поле течения несущей фазы, полученном из уравнений Навье - Стокса. Таким образом, полный распыл нужен для моделей с коэффициентами, зависящими от характерного размера частиц дисперсной фазы. В двухшаговых методах на первом шаге полный распыл находится по модели, описывающей первичный распад. На втором - экономичная модель стартует от полного распыла. В статье для нахождения полного распыла струи жидкости используется VOF-модель, дающая распределение объемной доли дисперсной фазы. Для ее интерпретации в терминах капель предлагается метод, верифицированный и валидированный на задачах распада жидкой пленки [5; 6] и распыла керосина в смесительном канале газовых турбин [7].

AB - Решается задача первичного распада струи жидкости в потоке газа и последующего ее полного распыла в двухфазном приближении. Несущая фаза - газ, дисперсная - жидкость и ее капли, образующиеся в результате распада. Для решения используется VOF-модель (Volume of Fluid), основанная на эйлерово-эйлеровом подходе, реализованная с помощью ПК ANSYS [1]. В VOF-модели перенос каждой из фаз описывается их объемными долями - непрерывными функциями от времени и пространственных переменных. В уравнении сохранения импульса смеси воздействие жидкости и газа на смесь описывается силой поверхностного натяжения, определяемой как функция кривизны и нормального вектора к границе между жидкостью и газом. VOF-модель описывает первичный распад струи жидкости. Модели смеси (Mixture) и эйлерова (Eulerian) из той же эйлерово-эйлеровой группы моделей ПК ANSYS также способны описывать первичный распад струи жидкости, но для их замыкания нужно значение среднего диаметра капель жидкой фазы (характерный размер частиц дисперсной фазы). Для описания первичного распада струи жидкости невозможно использовать эйлерово-эйлеров подход, основанный на конвективно-диффузионных уравнениях для концентрации, массы и импульса частиц (ЭЭКД) [2; 3]. Однако ЭЭКД с меньшими, чем VOF-модель, вычислительными затратами описывает распыл, стартуя от области полного распыла. Область полного распыла жидкости требуется для старта эйлерово-лагранжева подхода [4], в котором дисперсная фаза описывается путем отслеживания траекторий капель по всей расчетной области. Траектории капель вычисляются на поле течения несущей фазы, полученном из уравнений Навье - Стокса. Таким образом, полный распыл нужен для моделей с коэффициентами, зависящими от характерного размера частиц дисперсной фазы. В двухшаговых методах на первом шаге полный распыл находится по модели, описывающей первичный распад. На втором - экономичная модель стартует от полного распыла. В статье для нахождения полного распыла струи жидкости используется VOF-модель, дающая распределение объемной доли дисперсной фазы. Для ее интерпретации в терминах капель предлагается метод, верифицированный и валидированный на задачах распада жидкой пленки [5; 6] и распыла керосина в смесительном канале газовых турбин [7].

KW - ПЕРВИЧНЫЙ РАСПАД ЖИДКОСТИ

KW - ПОЛНЫЙ РАСПЫЛ ЖИДКОСТИ

KW - МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПАДА ЖИДКОСТИ

UR - https://elibrary.ru/item.asp?id=82606121

U2 - 10.25205/1818-7900-2025-23-1-67-87

DO - 10.25205/1818-7900-2025-23-1-67-87

M3 - статья

VL - 23

SP - 67

EP - 87

JO - Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Информационные технологии

JF - Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Информационные технологии

SN - 1818-7900

IS - 1

M1 - 4

ER -