МОДЕЛЮВАННЯ ВИХРОВОЇ СТРУКТУРИ ВСЕРЕДИНІ ВЕНТИЛЬОВАНОЇ КАВЕРНИ

Анотація

Дана робота присвячена проблемі моделювання примусово вентильованої газоподібної каверни в потоці рідини. Актуальність дослідження
обумовлено необхідністю розвитку методів керування потоком з метою зниження опору тертя. Аналіз літературних джерел показав, що внутрішня структура течії всередині каверни, яка визначає її форму, розмір та стійкість, залишається маловивченою. Запропоновано методику чисельного моделювання нестаціонарної тривимірної двофазної течії в програмному пакеті з відкритим вихідним кодом OpenFoam. Було використано модель interFoam для двох нестисливих суцільних середовищ без фазового переходу, яка базується на підході Volume of Fluid (VOF). Розрахункову сітку побудовано методом покрокового подрібнення комірок з використанням утиліти snappyHexMesh для генерації тривимірної неструктурованої сітки з переважанням гекса-елементів, що враховує дрібномасштабні структури течії в зоні фазового переходу та поблизу обтічного тіла. Результати розрахунків показали якісну узгодженість з теоретичними та експериментальними даними. Описано складну вихрову структуру всередині вентильованої порожнини. Виділено три зони: постійного тиску, в’язкої дифузії та двофазного шару змішування. Виявлено, що на відміну від парової суперкаверни за стійкою частиною надлишки повітря утворюють бульбашковий слід. Було проведено аналіз впливу геометричних та динамічних параметрів на формування та розвиток повітряної каверни, її розмір, форму та стійкість. Виявлено, що довжини зон каверни залежать від швидкості основного потоку рідини та витрати газу, що нагнітається, а товщина каверни визначається діаметром кавітатора. Показано, що за рахунок штучної вентиляції подовжується і підтримується зона постійного тиску.