شبيه سازي عددي شكست جت مايع با استفاده از روش هيدروديناميك ذرات هموار (SPH)

Numerical simulation of liquid jet breakup using smoothed particle hydrodynamics (SPH)

در اين مقاله شكست جت مايع با استفاده از روش هيدروديناميك ذرات هموار كه يك روش عددي لاگرانژي بدون شبكه است، شبيه سازي شده است. بدين منظور، ابتدا معادلات حاكم بر سيال براساس روش هيدروديناميك ذرات هموار گسسته سازي شد. در اين تحقيق از كد متن باز اسفيزيكس براي حل عددي استفاده و همچنين با افزودن اثرات كشش سطحي، كد مذكور توسعه داده شده است. سپس روش ارايه شده با استفاده از مساله نمونه شكست سد با مانع اعتبارسنجي اوليه شد. در نهايت شبيه سازي جريان جت مايع دوبعدي و بررسي رفتار شكسته شدن آن براي جريان تك فاز انجام شده است. طول شكست مايع در رژيم ريلي براي شرايط مختلف جريان نظير اعداد رينولدز و وبر متفاوت، محاسبه و با يك رابطه تجربي اعتبارسنجي شده است. تمامي حل هاي عددي براي دو تابع ميانياب وندلند و اسپلاين مكعبي انجام گرفت و در تمامي موارد تابع ميانياب وندلند منجر به نتايج با دقت بهتري شد. همچنين نتايج حاضر با روش عددي ام پي اس براي مايع غيرلزج نيز مقايسه شده است. مدل سازي هاي انجام شده نشان داد كه روش هيدروديناميك ذرات هموار مي تواند به عنوان يك روش بهينه براي مدل سازي پديده شكست جت مايع مورد استفاده قرار گيرد.

In this paper, breakup of liquid jet is simulated using smoothed particle hydrodynamics (SPH) which is a meshless Lagrangian numerical method. For this aim, flow governing equations are discretized based on SPH method. In this paper, SPHysics open source code has been utilized for numerical solutions. Therefore, the mentioned code has been developed by adding the surface tension effects. The proposed method is then validated using dam break with obstacle problem. Finally, simulation of two-dimensional liquid jet flow is carried out and its breakup behavior considering one-phase flow is investigated. Length of liquid breakup in Rayleigh regime is calculated for various flow conditions such as different Reynolds and Weber numbers and the results are validated by an experimental correlation. The whole numerical solutions are accomplished for both Wendland and cubic spline kernel functions and Wendland kernel function gave more accurate results. The results are compared to MPS method for inviscid liquid as well. The accomplished modeling showed that smoothed particle hydrodynamics (SPH) is an efficient method for simulation of liquid jet breakup phenomena.