Моделирование процесса распыла с использованием адаптивных сеточных моделей

Аннотация

Распыл струи жидкости под воздействием воздуха имеет широкое применение во многих сферах практической деятельности. При конструировании и доводке устройств распыливания жидкости всё большее значение приобретает трехмерное численное моделирование, которое, тем не менее, нуждается в верификации. В работе представлены результаты численного моделирования с использованием адаптивных сеточных моделей. Рассмотрено два случая распада жидкой пленки: дробление цилиндрической струи жидкости под действием набегающего потока воздуха и распад жидкой пленки при столкновении двух струй. Выполнено сравнение с экспериментальными данными. Обе задачи позволяют исследовать такие физические аспекты, связанные с процессом распыливания, как влияние параметров воздушного потока и нестабильность пленки при механическом воздействии. Изучена зависимость от вида расчетной сетки качества описания течения и дробления струи жидкости при использовании VOF (Volume of Fluid) подхода для моделирования второй фазы. Показано, что применение локальной динамической адаптации делает возможным достижение необходимой точности при определении границ жидкой пленки и размеров капель, получаемых при её дроблении, даже на сравнительно небольших для VOF подхода сеточных моделях. Отмечено, что на результатах расчета сказывается не только выбор алгоритма адаптации, но и тип начальной сеточной модели (регулярная гексаэдрическая сетка, нерегулярная изотропная тетраэдрическая сетка). Приведены параметры расчетов, при которых удалось достичь убедительного соответствия расчетных и экспериментальных данных. Показано, что реализация VOF подхода с динамическим измельчением сетки разрешает выполнять расчеты распада жидкости на капли с высокой точностью.