Effect of phase changes on parameters of turbulent non-isothermal gas-drop jets
A mathematical model of a gas-drop non-isothermal polydisperse turbulent jet is developed with account for phase changes (the evaporation of drops and the condensation of vapor on them). The model is used in calculations of a two-phase jet outflowing into a gaseous medium with the temperature significantly exceeding the temperatures of phases in the initial section of the jet. It is shown that the occurrence of phase changes leads to a quantitative change in the dependences of phase velocities and volume concentrations of drops along the jet axis, while the type of the dependences remains constant. When phase changes are neglected in calculations of temperatures of phases, not only quantitative but also qualitative errors may arise. The obtained results show that under certain conditions some areas may appear near the jet axis where, along with evaporation of small drops, the vapor condensation occurs on larger drops, and these areas extend with the gas temperature rise in the environment. The behavior of the intensity of phase changes along the jet axis is identical for drops of all sizes. Namely, near the initial section of the jet, the intensity of phase changes of low value decreases to the minimum, then it increases significantly, and when the maximum is attained, it starts to decrease tending to zero (while the drops evaporate completely). The research results show that phase changes must be considered when calculating gas-drop non-isothermal jets to avoid quantitative and qualitative errors.
Keywords
two-phase jet,
fluid vapor,
drops,
evaporation,
condensation,
mathematical modeling,
calculation resultsAuthors
| Zuev Yuriy V. | Moscow Aviation Institute | yuri_zuev@bk.ru |
Всего: 1
References
Yule A.J., Seng C.Ah., Felton P.G., Ungut A., Chigier N.A. A Study of Vaporizing Fuel Sprays by Laser Techniques // Combustion and Flame. 1982. V. 44. P. 71-84.
Волков К.Н., Емельянов В.Н. Моделирование крупных вихрей в расчетах турбулентных течений. М.: Физматлит, 2008. 368 с.
Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред: в 2 ч. М.: Наука, 1987. Ч. 1. 464 с.
Хинце И.О. Турбулентность, ее механизм и теория. М.: Физматгиз, 1963. 680 с.
Mostafa A.A., Elghobashi S.E. A two-equation turbulence model for jet flows laden with vaporizing droplets // International Journal of Multiphase Flow. 1985. V. 11 (4). P. 515-533.
Mostafa A.A., Mongia H.C. On the modeling of turbulent evaporating sprays: Eulerian versus Lagrangian approach // International Journal of Heat and Mass Transfer. 1987. V. 30 (12). P. 2583-2593.
Пахомов М.А., Терехов В.И. Численное исследование турбулентной структуры полидис персной двухфазной струи с испаряющимися каплями // Математическое моделирование. 2016. Т. 28, № 11. С. 64-78.
De S., Lakshmisha K.N. Simulations of Evaporating Spray Jet in a Uniform Co-Flowing Turbulent Air Stream // International Journal of Spray and Combustion Dynamics. 2009. V. 1 (2). P. 169-198.
Wang J., Dalla Barba F., Picano F. Direct numerical simulation of an evaporating turbulent diluted jet-spray at moderate reynolds number // International Journal of Multiphase Flow. 2021. V. 137. Art. 103567.
Зуев Ю.В. Погрешность расчета параметров двухфазной турбулентной струи при использовании одножидкостной математической модели // Ученые записки Казанского университета. Сер. Физико-математические науки. 2020. Т. 162, кн. 4. С. 411-425.
Стернин Л.Е., Шрайбер А.А. Многофазные течения газа с частицами. М.: Машиностроение, 1994. 320 с.
Архипов В.А., Басалаев С.А., Перфильева К.Г., Поленчук С.Н., Усанина А.С. Методы определения коэффициента сопротивления при вдуве газа с поверхности сферической частицы // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2022. № 76. С. 56-69.
Fuchs N.A. Evaporation and droplet growth in gaseous media. London: Pergamon Press, 1959. 80 p.
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.
Anderson D., Tannehill J.C., Pletcher R.H.Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer. 2nd ed. London: Taylor & Francis, 1997. 816 p.
Стернин Л.Е. Основы газодинамики двухфазных течений в соплах. М.: Машиностроение, 1974. 212 с.
Зуев Ю.В. О некоторых причинах немонотонного изменения концентрации дискретной фазы в двухфазной турбулентной струе // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 2020. № 2. С. 51-60.
