مدل‌سازی تحلیلی تغییر شکل قطره مایع قرار گرفته در معرض جریان گاز

در این پژوهش، مدلی تحلیلی و غیر خطی برای تعیین تغییر شکل قطره (مناسب برای استفاده در شبیه‌سازی افشانه ها) همراه با تخمین نیروی آیرودینامیکی با دقت بالا ارایه و ارزیابی می‌شود. در مدل سازی تنها مد اساسی نوسانی قطره در نظر گرفته می‌شود. این رویکرد در بسیاری از مدل های فروپاشی مبتنی بر تغییر شکل از جمله tab، ddb، و nltab نیز استفاده شده است. اما این مدل ها دارای کاستی‌هایی همچون استفاده مکرر از ضرایب کالیبراسیون، تجزیه و تحلیل دو بعدی، و تقریب نامناسب نیروی آیرودینامیکی در تغییر شکل های بزرگ هستند. هدف این مقاله، اصلاح این نقایص است. فرمول بندی بر اساس معادله انرژی مکانیکی است. برای پروفیل توزیع فشار در اطراف قطره، از تابعی دو تکه‌ای ثابت و سینوسی که به عدد رینولدز و تغییر شکل قطره بستگی دارد، استفاده می شود. معادله جنبشی نهایی با استفاده از روش رانگ-کوتای مرتبه چهار به طور عددی حل شده و نتایج آن با سایر مدل ها و آزمایش مقایسه می شود. نتایج نشان می دهد که مدل حاضر، در حالت غیر دایم، تغییر شکل را بیشتر از سایر مدل ها پیش بینی می کند که سازگاری بیشتری با داده های تجربی دارد. در حالت دایم، نتایج مدل حاضر بین نتایج مدل tab و nltab قرار دارد. خطوط جریان به دست آمده از شبیه سازی vof با آنچه در تحلیلی محاسبه شده مطابقت دارد که نشان دهنده صحت مفروضات مورد استفاده در مدل سازی است. به طور کلی، مدل حاضر می‌تواند برآورد مناسبی را برای تغییر شکل قطره فرآهم آورد و این در حالی است که این مدل نظری از ضرایب کالیبراسیون بی‌نیاز است.