شبیه‌سازی عددی پدیده شکسته‌شدن یک قطره در مسیر جریان گاز سرد و داغ و مطالعه دینامیک آن در میدان سه‌بعدی

در مقاله حاضر، شبیه‌سازی دینامیک قطره و فرآیند شکسته‌شدن آن در جریان گاز سرد و داغ انجام شده و تاثیر پارامترهای فیزیکی بر الگوی جریان دوفازی مورد مطالعه قرار گرفته‌است. در این راستا، از حل عددی معادلات ناویراستوکس با دو معادله برای دنبال کردن فصل مشترک و مدل‌سازی تبخیر و تقطیر بین قطره و گاز داغ اطراف آن استفاده شده‌است. جهت اطمینان از صحت و دقت الگوریتم عددی انتخاب شده برای مدل‌سازی فرآیند انتقال فاز بین مایع و بخار آن در کنار فاز گاز، مسئله یک‌بعدی استفان و جریان کوئت دوفازی شبیه‌سازی شده و نتایج حاصل از شبیه‌سازی عددی با نتایج حل تحلیلی مقایسه شده‌است. سپس، دینامیک شکسته‌شدن قطره در مسیر جریان گاز سرد در شرایط مختلف جریان شبیه‌سازی شده و نتایج به‌دست‌آمده مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌است. در نهایت، شبیه‌سازی دینامیک قطره و تبخیر و شکسته‌شدن آن در مسیر جریان گاز داغ انجام‌شده و نتایج حاصل از حل حاضر ارائه شده است. نتایج به‌دست‌آمده در تحقیق حاضر نشان می‌دهند که نیروهای آیرودینامیکی و ناپایداری‌های کلوین-هلمهولتز و ریلی-تیلور نقش موثری در دینامیک قطره در مسیر جریان گاز سرد دارند.

Numerical Simulation of a Droplet Break-up phenomenon in Cross Flow of Cold and Hot Gas and its Dynamic investigation in Three-Dimensional Field

In the present paper, the simulation of droplet dynamics and its breakup process in the cross flow of cold and hot gases are performed. Herein, the NavierStokes equations are used with employing two additional equations for tracking the liquidgas interface and for computing the mass transfer due to the evaporation and condensation. Accuracy of the applied numerical algorithm is evaluated by simulation of the Stefan heat transfer problem, twophase laminar Couette flow, and comparison of the present numerical results with those obtained based on the analytical solution. The dynamics of a droplet breakup in the cold gas are studied and the obtained results are discussed. Then, the study is carried out for the simulation of droplet dynamics in the cross flow of hot gas and the effect of the evaporation on the breakup process is investigated. The present study shows that the aerodynamics forces and RayleighTaylor and KelvinHelmholtz instabilities have dominant effects on the droplet dynamics in the cold gas. However, for a droplet in the crossflow of hot gas, evaporation has a significant effect on the deformation and breakup phenomenon.