氦气驱动水射流雾化特性的数值模拟研究

摘要

为了研究水射流的雾化特性,通过Fluent软件对3种实验工况下氦气驱动水柱的雾化过程进行了二维数值模拟,这3种实验工况分别是常温常压下直喷嘴圆管内气/液相管道长度比为1∶1、1∶2和2∶1的0.25 MPa氦气驱动水射流。分别采用Standard k-ε、RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型和VOF模型,研究在氦气驱动下的射流雾化特性,对数值模拟结果与实验结果进行了比较,并且对不同气/液相管道长度比的数值模拟结果进行了比较。模拟结果表明:在采用Standard k-ε湍流模型对氦气驱动水柱进行数值模拟时,在气液混合液体进入管口附近,由于混合液体中氦气压力大于大气压,产生初次雾化现象,随后前后液相的相互碰撞以及空气动力与液柱的相互作用是二次雾化现象产生的主要原因,管内观测点压力先增大后减小,雾化锥角呈单调递减变化,与实验结果变化趋势整体一致;对比直喷嘴圆管不同气/液相管道长度比的数值模拟结果,当气/液相管长比为2∶1时雾化锥角最大,气/液相管长比为1∶1时雾化锥角稍小,气/液相管长比为1∶2时雾化锥角最小。