Simulation of kerosene film atomization in air-assist atomizer with prefilmer

Abstract

С помощью метода объёма жидкости в приближении осесимметричного закрученного течения исследовано разрушение плёнки керосина в низкоперепадной центробежной топливной форсунке в случае работы авиадвигателя на крейсерском режиме. Моделирование эволюции системы проведено с использованием неосреднённых по Рейнольдсу нестационарных уравнений течения вязкой жидкости на сетках с разным размером ячейки (0,78125; 1,5625; 3,125 и 6,25 мкм); сеточная сходимость достигалась при значении 1,5625 мкм. Выявлено наличие неустойчивости Кельвина-Гельмгольца, которая приводит к появлению волны на поверхности топливной плёнки. После её срыва с кромки плёнкообразующей поверхности истончение в области ложбины волны приводит к разрыву пленки в этом месте. Выявленный сценарий распада топливной плёнки качественно соответствует одному из режимов, выделенных на основе экспериментальных данных на выходе из низкоперепадной центробежной форсунки при нормальных условиях. Особенность этого режима в рассматриваемой форсунке состоит в том, что часть сгустков керосина, образовавшихся в результате распада плёнки, отбрасывается в радиальном направлении внутрь застойной зоны. Вследствие этого в форсунке возникают два конуса распыла. Следует отметить, что в двухмерной (осесимметричной) постановке корректно проанализировать можно только первичный распад плёнки, но не последующее образование из сгустков топлива сложной формы капель, близких к сферическим. Интерес к задаче разрушения топливной плёнки в низкоперепадных форсунках при эксплуатации авиадвигателя на крейсерском режиме вызван почти полным отсутствием сведений об этом, как численных, так и экспериментальных.