Study of the condensation process in nozzles with a large degree of expansion
This article is devoted to study of the condensation process in nozzles with a large degree of expansion. The flow of an inviscid gas in axisymmetric nozzles and jets is numerically simu-lated based on a quasi-two-dimensional nonstationary approximation. Two approaches to the modeling of condensation processes are considered: the kinetic method and the moment method. The two-phase medium is a multi-component gas (carrier gas and vapor of a condensable substance) and clusters (droplets) of a condensable substance. The gas phase and the droplets are in mechanical equilibrium. The results of test calculations for the condensation of water vapor in shock tubes and nozzles and the results of calculating the condensation of water in the nozzle of a hypersonic shock tube are presented
nozzle, condensation, kinetic method, moment method
Исследуется конденсация газа в соплах с большой геометрической степенью расширения. Численно моделируется течение невязкого газа в осесимметричных соплах и струях в рамках квазидвумерного нестационарного приближения. Рассматриваются два подхода к моделированию процессов конденсации: кинетический метод и моментный метод. Двухфазная среда представляет собой многокомпонентный газ (несущий газ и пары конденсирующегося вещества) и кластеры (капли) конденсирующегося вещества. Газовая фаза и капли находятся в механическом равновесии. Проведены тестовые расчеты конденсации паров воды в ударных трубах и соплах и расчет конденсации воды в сопле гиперзвуковой ударной трубы.
сопла, конденсация, кинетический метод, моментный метод
1. Hill P.G. Condensation of water vapor during supersonic expansion in nozzles. // J Fluid Mech 1966, 25, 593–620. 2. Luo X., Cao Y., Xie H., Qin F. Moment method for unsteady flows with heterogeneous condensation // Computers and Fluids, 2017,146, 51–58. 3. Wyslouzil B.E, Heath C.H., Cheung J.L., Wilemski G. Binary condensation in a supersonic nozzle // J. Chem. Phys., 2000, 113, 17, 7317-7329. 4. Cheng W., Luo X., Yang J., Wang G. Numerical analysis of homogeneous condensation in rarefaction wave in a shock tube by the space-time CESE method. // Comput and Fluids 2010, 39, 2, 294–300. 5. Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание: в 4-х томах, М.: Наука, 1978. 6. Горбунов В.Н., Пирумов У.Г., Рыжов Ю.А. Неравновесная конденсация в высокоскоростных потоках газа, М.:Машиностроение, 1984, 200с. 7. Гидаспов В.Ю., Пирумов У.Г., Иванов И.Э., Северина Н.С. Модели образования наночастиц в потоках газа: Учебно-методический комплекс, Калуга, Москва: Изд-во «Эйдос», 2011, 214 с. 8. Волков В.А., Муслаев А.В., Пирумов У.Г., Розовский П.В. Неравновесная конденсация паров металла в смеси с инертным газом в соплах установок для генерации кластерных пучков // Изв. РАН, МЖГ, 1995, 3, 80-91. 9. Гидаспов В.Ю., Иванов И.Э., Крюков И.А., Пирумов У.Г. Численное моделирование неравновесной конденсации в высокоскоростных потоках вязкого газа // Материалы XI Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ 2016), 25-31 мая 2016 г., Алушта, Т. 1, Москва: Издательство МАИ, 2016, 105–107. 10. Kotov M.A., Kryukov I.A., Ruleva L.B., Solodovnikov S.I., Surzhikov S.T. Experimental Investigation Of An Aerodynamic Flow Of Geometrical Models In Hypersonic Aerodynamic Shock Tube // AIAA 20132931, 14 p. 11. Иванов И.Э., Крюков И.А. Квазимонотонный метод повышенного порядка точности для расчета внутренних и струйных течений невязкого газа // Математическое моделирование, том 8, №6, 1996, С.47-56. 12. Иванов И.Э., Крюков И.А., Шустов С.А. Численное исследование газодинамики сопел малоразмерных газогенераторов и вытекающих из них струй // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2014, №1(43), с. 112-122.
