跨临界液态正癸烷射流在氧气中的时间演化雾化

在超临界压力下的液体燃料喷射是燃烧中一个相关但被忽视的课题。通常，在两相动力学的作用被忽略，假定液体迅速转变为超临界状态。然而，存在一个跨临界区域，其中尖锐的相界面仍然存在。这种情况是真实发动机条件下涉及碳氢燃料的液体燃料喷射早期阶段的常见情形。在此类条件下，由于局部热力学相平衡（LTE），氧化剂组分向液相中的溶解加速，并且蒸发或冷凝可同时在界面上的多个位置发生。流体性质在组分和热混合下发生变化，界面附近出现相似的液体和气体混合物。由于低且变化的表面张力与类气体的液体黏度相结合，早期会出现小的表面不稳定性。本文在不同环境压力和气体速度下，分析了被初始由纯氧组成的高温运动气体所包围的低温液态正癸烷射流的混合过程、界面热力学及早期变形。采用了一种用于变密度流体的两相低马赫数流动求解器。界面使用分裂的流体体积法（Volume-of-Fluid）捕捉，该方法推广至非无散度液体速度和跨界面质量交换。结果表明了随时间增加的跨临界混合效应对于压力升高的重要性。最初，局部变形特征与此前不可压缩研究有显著差异。随后，极小的表面张力导致了重叠液层的产生，有利于经典的液滴雾化。因此，跨临界条件下的表面积增长主要是剪切下类气体变形的结果，而非喷雾形成。