doi:
УДК: 532.62 : 614.844.2

ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СТРУИ В УДАРНО-СТРУЙНОЙ ФОРСУНКЕ

Иванов А. В., Яковлев А. Ю.
Язык статьи: русский

Аннотация

Работа посвящена моделированию процесса распространения струи в ударно-струйной форсунке. Ударно-струйные форсунки широко используются в судовых системах пожаротушения в качестве распылителей воды. Долгое время отработка распылителей велась экспериментальным путем. Однако, современный подход к моделированию процессов пожаротушения требует более подробного исследования принципов работы данного типа форсунок, что требует привлечения современных методов численного моделирования. Процесс распыления струи достаточно сложен и включает несколько фаз. Цель данной работы состоит в исследовании процессов, происходящих на фазе ударе струи в дефлектор и формирования водяной пленки. Моделирование процесса распада пленки на капли не производится. Расчет осуществляется с помощью пакета OpenFOAM. Для учета распространения водяной струи в воздушной среде используется метод Volume of Fluid, решение системы уравнений осуществляется методом контрольных объемов, рассматриваются случаи ламинарного и турбулентного течения. Для моделирования турбулентного течения применялась модель SST. Расчеты производились для плоского и осесимметричного течения. Выполнена проверка сеточной сходимости. Проведено сопоставление с известным аналитическим решением и косвенные сопоставления с экспериментом. В результате исследования показано, что учет вязкости жидкости и моделирование турбулентного течения мало сказываются на величине сил на дефлекторе и форме начального участка распыляемой водяной пленки. Получены распределения давления на поверхности дефлектора и показано, что они мало зависят от его ширины. Выявлены проявления неустойчивости в распыляемой водяной пленке, которые в дальнейшем приводят к ее распаду на капли. Ключевые слова: ударно-струйная форсунка, струя, распад струи, распыление жидкости, пожаротушение, CFD расчет, образование капель, неустойчивость, давление

Список литературы

1. Пажи, Д. Г. Основы техники распыления жидкостей/ Д. Г. Пажи, В. С. Галустов – М.: Химия, 1984.
2. Дитякин, Ю. Ф. Распыливание жидкостей/ Ю. Ф. Дитякин, Л. А. Клячко, Б. В. Новиков, В. И. Ягодкин. – 2-е изд., переаб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977.
3. Витман Л.А. Распыливание жидкости форсунками/ Л. А. Витман, Б. Д. Кацнельсон, И.И. Палеев: ред. Кутателадзе С.С. – М.: Государственное энергетическое издание, 1962.
4. Вичев И.Ю., Цыгвинцев И.П., Ярцев Б.Л., Кривокорытов М.С., Медведев В.В. Численное моделирование поведения струи после воздействия лазерного импульса// Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2018. № 114. doi:10.20948/prepr-2018-114.
5. OpenFOAM [Элетронный ресурс] https://www.openfoam.com.
6. Hirt C.W., Nichols B.D. Volume of Fluid (VOF) Method for the Dynamics of Free Boundar-ies // J. Comput. Phys. 1981. Vol. 39. P. 201–225.
7. Brackbill J., Kothe D., Zemach C. A continuum method for modeling surface tension // J. Comput. Phys. 1992. Vol. 100, № 2. P. 335–354.
8. Versteeg H.K., Malalasekera W. An Introduction to Computational Fluid Dynamics - The Finite Volume Method // Fluid ow handbook. McGraw-Hill 1995.
9. Кочин, Н. Е. Теоретическая гидромеханика: часть первая/ Н. Е. Кочин, И. А. Кибель, И. В. Розе; М.: Физматгиз, 1963.