شبيه سازي عددي شكست جت مايع براي اريفيس‌هاي بيضوي با نسبت منظري متفاوت

Numerical Simulation of the Liquid Jet Breakup for Elliptical Orifices with Different Aspect Ratios

در اين پژوهش شبيه‌سازي عددي تزريق جت مايع بيضوي در هواي ساكن، از طريق‌ دهانه‌هاي بيضوي با نسبت منظري متفاوت براي بازه اعداد وبر متفاوت در رژيم جريان ريلي صورت گرفته است. براي انجام شبيه‌سازي‌ها از يك حلگر كه از تركيب روش حجم سيال براي شبيه‌سازي جريان و مدل شبيه‌سازي گردابه‌هاي بزرگ براي شبيه‌سازي آشفتگي بهره مي‌برد، استفاده شده است. براي مدل كردن پديده‌ي تغيير محور و يافتن طول شكست مناسب براي هر نوع دهانه، از روش اصلاح ديناميك شبكه استفاده شده است. نتايج بر مبناي مطالعات تجربي و عددي اخير پايه‌گذاري و با اين مطالعات صحت‌سنجي شده است. نتايج حاكي از آن است كه با افزايش عدد وبر از 20 تا نزديكي 300، افزايش طول شكست جت حاصل شد، اما با بيضي‌تر شدن دهانه ورودي، طول شكست جت كاهش يافت. اين اختلاف در هندسه با نسبت منظري متغير بين 25/0 تا 66/0 تعريف شد. با كاهش نسبت منظري جت‌ها، قطرات يكنواخت‌تري در مراحل پس از شكست جت بدست مي‌آيد به نحوي كه در اريفيس‌هاي بيضوي با نسبت منظري كم، قطرات ماهواره‌اي در جريان حضور نداشتند، در حالي كه اين قطرات به عنوان بخش جدايي ناپذير شكست جت دايروي شناخته شده هستند.

In this research, a numerical simulation of liquid jet ejecting from elliptical orifices into gaseous phase with different aspect ratios at Rayleigh regime is performed. The volume of fluid (VOF) method and large eddy simulation are used to simulate the liquid interface dynamics and the jet breakup utilizing the OpenFoam software. In order to simulate the axis-switching phenomenon and jet breakup length, the dynamic mesh refinement is used for all the examined cases. The results, which are validated with recent experimental and numerical works, indicate that the jet breakup length increases by raising the Weber number from 20 to about 300. Also, it is shown that the jet breakup length decreases as the aspect ratio of orifices declines from 0.66 to 0.25. Finally, it is observed that for the orifices with lower aspect ratios, jet breaks into droplets with uniform sizes with almost no satellite droplets which always present in the circular jet breakup.