气体介质中液滴破碎的LES∕VOF数值模拟

《气体介质中液滴破碎的LES∕VOF数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第42卷第6期2012年11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．42No．6Nov．2012气体介质中液滴破碎的LES／VOF数值模拟于亮，袁书生(海军航空工程学院，山东烟台264001)摘要：为进一步揭示气体介质中液滴破碎的机理与影响因素，采用LES与VOF相结合的方法对液滴破碎过程进行了数值模拟，计算结果与实验结果符合较好，并且优于前人RANS模拟的计算结果。在此基础上，对多工况液滴破碎进行了LES／VOF模拟，分析计算结果发现，液滴破碎初期，液滴的尾涡效应影响液滴的初始变形位置，在变形过程中，液滴表面压力分布直接影响液滴

2、的破碎状态；另外，在一定初始速度范围内，液滴破碎过程保持一致，但初始速度对液滴变形破碎时问及强度影响明显。关键词：LES／VOF方法；液滴变形；液滴破碎；数值模拟中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—654X(2012)06—0058-04InvestigationofBreakupofLiquidDropletinGasMediumusingLES／VOFMethodYULiang，YUANShu—sheng(NavalAeronauticalandAstronauticalUniversity，Yantai264001，China)Abstract：I

3、nordertorevealthemechanismofthedropbreakupandthefactorsthataffectthebreakup，theLESturbulencemodelandVOFmethodwerecombinedtosimulatethedeformationandbreakupofliquiddropletinairflow．ThecalculationresultswereingoodagreementwiththeexperimentsandbetterthanthepreviouscalculationresultsusingRANS

4、method．Onthisbasis，thedeformationandbreakupofliquiddropletweresimulatedbyLES／VOFmethodunderseveralinitialconditions．Simulationresultsshowthattheparticlewaveeffect，theinitialconditionsandthedropletsurfacepressureplaycatalyticrolesindeformationandbreakupofliquiddroplet．Keywords：LES／VOFmetho

5、d；dropletdeformation；dropletbreakup；numericalsimulation引言液滴变形与破碎是液体雾化的重要阶段，液滴与气流之间以及液滴之间的相互作用直接影响雾滴最终的尺寸及分布⋯。但是，液滴破碎机理极其复杂，液滴破碎时间极短，难以观察和测定，用理论或实验手段获得准确解释很困难口J，因此，理论和实验与数值模拟相结合研究液滴破碎机理的方法得到了足够重视。对于气体介质中液滴破碎问题的研究，直观方法为实验研究，比如Wierzba和Takayama，Hsiang和Fae一出及Chou等，通过实验得出不同初始状态下液滴破碎形式的不同及激波干扰下液

6、滴的破碎过程，近期的研究者Li，Dinh和Theofanous等p。41用ALPHA—II试验台对液滴破碎及液滴之间的相互作用对破碎的影响进行了实验研究，同时分析了不同We数对破碎状态及破碎时间的影响。另外，也有一些采用数值方法对液滴破碎的研究，文献[5]和[6]都基于前人的实验，采用VOF方法与标准湍流模型相结合的方法对单液滴破碎进行了二维数值模拟，取得了与实验符合较好的计算结果，并且分析了不同工况下，特征参数对液滴破碎的影响，遗憾的是，他们对液滴破碎的分析没有涉及到破碎过程中瞬时及局部变形机理的分析。液滴在气流中破碎的过程属于两相流问题，如果能够实时追踪到气液界面位置

7、，即可得到液滴变形破碎的完整过程及特性，因此，多相流VOF模型在该研究中一直得到广泛采用。本文采用了大涡模拟(LES，LargeEddySimulation)与VOF相结合的方法，对单液滴破碎过程进行了数值模拟，模拟结果与实验及前人模拟结果相比，符合较好，进而对液滴周围速度矢量、表面压力分布、不同初始条件破碎形态和液滴破碎时间等进行了分析。1数学模型本文气液两相均为不可压缩流，假定流动是等温收稿日期：2012—09—13作者简介：于亮(1982一)，男，山东龙口人，博士研究生，主要研究方向为航空发动机推进剂技术。2012年11