基于可压缩 VOF-LPT 耦合框架理解高压下不同流态区的液体射流破碎
流体动力学
2023-01-10 v1
摘要
本工作在 OpenFOAM 中开发了可压缩 VOF-LPT 耦合求解器，并将其用于数值模拟 LJICF。该方法有助于在欧拉框架下准确预测复杂的一次破碎，并利用计算高效的 LPT 方法模拟球形液滴的二次雾化。带有 AMR 的耦合求解器针对横流中的液体射流在不同操作条件下进行了严格验证。我们进一步开展了深入研究，以考察动量通量比和韦伯数对横流中各种流动特征及液体射流破碎现象的影响，同时确定液体射流破碎区的流向位置。在袋状破碎区的低动量通量比下，预测表明液体射流破碎是由于类似高速液膜雾化中常见的不稳定性增长所致。无粘色散关系的短波假设类似于此情况下观察到的 Kelvin-Helmholtz 型不稳定性，而非高动量通量比下表面破碎区的 Rayleigh-Taylor 不稳定性。还提出液体柱横向边缘处的剪切破碎是由于绕过液体柱的空气的剪切层不稳定性引起的。模拟波长与 Williamson 关于圆柱周围剪切层不稳定性的关联式密切吻合：该形状类似于液体柱底部的横截面。结果显示在低动量通量比和中等韦伯数下出现明显的流丝或分叉现象。进一步研究表明，液体射流后方的内部液体边界层和三维流场是流丝形成的成因。
引用
@article{arxiv.2301.02977,
title = {Understanding the liquid jet break-up in various regimes at elevated pressure using a compressible VOF-LPT coupled framework},
author = {Bharat Bhatia and Tom Johny and Ashoke De},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.02977},
year = {2023}
}