GAS-DROPLET TURBULENT JETS WITH PHASE TRANSITIONS AND DROPLET COLLISIONS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

The effect of phase transitions and droplet collisions on the parameters of a gas-droplet nonisothermal turbulent jet is studied numerically using the developed mathematical model of the jet. When carrying out the mathematical modeling of two-phase jet flow, the case of flow out of a heterogeneous medium from a nozzle into steady gas with the temperature significantly higher than the temperature of the phases at the nozzle exit is considered. The calculations carried out for various volume concentrations of droplets at the nozzle exit (in the initial jet cross-section) showed that at the concentration of the order of 10–4, the droplet collisions do not have a significant effect on the jet parameters; this effect begins to manifest itself at an initial droplet concentration of the order of 5 × 10–4 and becomes noticeable at the concentration equal to 10–3. As distinct from droplet collisions, phase transitions have a noticeable effect on the jet parameters over the entire considered range of variation in the initial droplet concentration from 10–4 to 10–3.

About the authors

Yu. V. Zuev

Moscow Aviation Institute (National Research University)

Email: yuri_zuev@bk.ru
Moscow, Russia

References

  1. Mostafa A.A., Elghobashi S.E. A two-equation turbulence model for jet flows laden with vaporizing droplets // Int. J. Multiph. Flow. 1985. V. 11. No. 4. P. 515–533. https://doi.org/10.1016/0301-9322(85)90073-4
  2. Mostafa A.A., Mongia H.C. On the modeling of turbulent evaporating sprays: Eulerian versus Lagrangian approach // Int. J. Heat Mass Tranf. 1987. V. 30. No. 12. P. 2583–2593. https://doi.org/10.1016/0017-9310(87)90139-6
  3. Пахомов М.А., Терехов В.И. Численное исследование турбулентной структуры полидисперсной двухфазной струи с испаряющимися каплями // Математическое моделирование. 2016. Т. 28. № 11. С. 64–78.
  4. De S., Lakshmisha K.N. Simulations of Evaporating Spray Jet in a Uniform Co-Flowing Turbulent Air Stream // Int. J. Spray Combust. Dyn. 2009. V. 1. No. 2. P. 169–198. https://doi.org/10.1260/175682709788707459
  5. Таунсенд А.А. Структура турбулентного потока с поперечным сдвигом / Пер. с англ. Г.И. Баренблатта; Под ред. А.Н. Колмогорова. – М. : Изд-во иностр. лит., 1959. 399 с.
  6. Вараксин А.Ю. Двухфазные потоки с твердыми частицами, каплями и пузырями: проблемы и результаты исследований (обзор) // ТВТ. 2020. Т. 58. № 4. С. 646–669. https://doi.org/10.31857/S004036442004016X
  7. Вараксин А.Ю. Гидрогазодинамика и теплофизика двухфазных потоков с твердыми частицами, каплями и пузырями (обзор) // ТВТ. 2023. Т. 61. № 6. С. 926–948. https://doi.org/10.31857/S0040364423060169
  8. Picano F., Sardina G., Gualtieri P., Casciola C.M. Anomalous memory effects on transport of inertial particles in turbulent jets // Phys. Fluids. 2010. V. 22. No 5. 031005. P. 1–4.
  9. Wang J., Dalla Barba F., Picano F. Direct numerical simulation of an evaporating turbulent diluted jet-spray at moderate reynolds number // Int. J. Multiph. Flow. 2021. V. 137. Article 103567. https://doi.org/10.1016/j.ijmultiphaseflow.2021.103567
  10. Зуев Ю.В. О некоторых причинах немонотонного изменения концентрации дискретной фазы в двухфазной турбулентной струе // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 2. С. 51–60. https://doi.org/10.1134/S0015462820020147
  11. Зуев Ю.В. Об использовании критерия Стокса при математическом моделировании двухфазных струйных течений // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Физ.-матем. науки. 2019. Т. 161. Кн. 3. С. 341–354. https://doi.org/10.26907/2541-7746.2019.3.341-354
  12. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
  13. Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория. М.: Физматгиз, 1963. 680 с.
  14. Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. М.: Машиностроение, 1994. 320 с.
  15. Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. М.: Машиностроение, 1974. 212 с.
  16. Fuchs N.A. Evaporation and droplet growth in gaseous media. London: Pergamon Press, 1959. 80 p.
  17. Friedlander S.К. Smoke, Dust and Haze: Fundamentals of Aerosol Behavior. – New York: Wiley & Sons, 1977. 317 p.
  18. Васенин И.М., Архипов В.А., Бутов В.Г., Глазунов А.А., Трофимов В.Ф. Газовая динамика двухфазных течений в соплах. Томск: Изд-во Томск. ун-та, 1986. 264 с.
  19. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю., А.Н. Секундов А.Н., Смирнова И.П. Теория турбулентных струй / Под ред. Г.Н. Абрамовича. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1984. 716 с.
  20. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А., Решетников В.А., Истомин Е.А. Выбор критериев и определение их значений для оценки характера взаимодействия фаз в двухфазных турбулентных струях // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2012. № 1. С. 42–54.
  21. Турбулентность. Принципы и применения / Под ред. У. Фроста, Т. Моулдена. М.: Мир, 1980. 535 с.
  22. Крашенинников С.Ю. К расчету осесимметричных закрученных и незакрученных турбулентных струй // Изв. АН СССР. МЖГ. 1972. № 3. С. 71–80.
  23. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х т., Т. 2: Пер. с англ. Мир, 1990. 392 с.
  24. Шрайбер А.А., Гавин Л.Б., Наумов В.А., Яценко В.П. Турбулентные течения газовзвеси. Киев: Наук. Думка, 1987. 240 с.
  25. Yule A.J., Seng C.Ah., Felton P.G., Ungut A., Chigier N.A. A Study of Vaporizing Fuel Sprays by Laser Techniques // Comb. Flame. 1982. № 44. P. 71–84. https://doi.org/10.1016/0010-2180(82)90064-5

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences