Oldroyd-B黏弹性液滴碰撞过程的数值模拟

摘要

复杂的流变特性使凝胶推进剂的雾化过程存在一定困难,这制约了它的发展.聚合物胶凝剂的加入使凝胶推进剂具有黏弹性,从而在雾化时会产生黏弹性液滴,因此为了进一步认识凝胶推进剂的雾化机理、提高凝胶推进剂的雾化性能,对黏弹性液滴的碰撞行为进行数值模拟研究.针对凝胶推进剂雾化过程中出现的液滴撞击现象,考虑流体具有的黏弹性效应,采用流体体积法(VOF)、自适应网格细化技术(AMR)和对数构象张量方法相结合,使用Oldroyd-B本构模型描述液滴的黏弹性,对两个相等体积的黏弹性液滴的碰撞过程进行直接数值模拟,主要关注黏弹性液滴的正撞过程,研究了松弛时间、黏度比、韦伯数对液滴正撞的影响,并对不同参数下黏弹性液滴的撞击过程进行能量计算,另外观察了不同偏心度下的液滴碰撞行为.通过改变撞击速度,得到了合并和反弹的碰撞结果,结果表明增大松弛时间有利于合并液滴的挤压和回缩程度,并且延迟液滴的变形过程,这与牛顿流体得到的结果不同.增大黏度比会阻碍合并液滴的振荡行为,碰撞的偏心程度较大时会出现拉伸旋转,偏心度越大时拉伸距离越长,偏心度越小时动能耗散的速率越快,并且耗散的动能越多.