СТАТИСТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ ТУРБУЛЕНТНЫХ СТРУКТУР С УЧЕТОМ ДИСПЕРСИИ КАПЕЛЬ
Аннотация
Методы математического и численного моделирования реагирующих открытых сред при наличии горения широко используются в различных областях теплофизики, технической физики и теплоэнергетики. Благодаря оптимизации вычислительных ресурсов, требуемой степени точности и качества получаемых результатов и легким манипуляциям по адаптации программы к поставленной задаче стало возможным моделирование сложных диссипативных структур, образующихся в открытой системе, без больших вычислительных затрат. В этой связи получили распространение методы компьютерного моделирования эволюции открытых систем посредством оптимизации этапов симуляции виртуального прототипа. Такие случайные процессы, как столкновение множества капель, турбулентные диссипативные структуры, изменения в кавитационном потоке внутри инжектора и т.д. способствуют процессу распада жидких нитей на капли, которые взаимодействуют с покоящейся газовой средой. Тогда возникает вопрос о том, имеет ли значение вероятность распределения капель по размерам, когда градиент температуры превышает некоторое критическое значение и в жидкости возникает упорядоченное макроскопическое движение, которое называется конвективным. Из-за сложности такого явления является трудным определение четко доминирующих механизмов распыла в соответствии с характерным размером капель. В таких течениях возникают неравновесные фазовые переходы, которые выражаются в образовании новых диссипативных структур. В диссипативных структурах возможен приток энергии, компенсирующий потери за счет диссипации и обеспечивающий существование более упорядоченных состояний. Благодаря потоку движущейся в камере сгорания жидкости, состоящей из большого числа капель, возможны коллективные - синергетические взаимодействия, необходимые для перестройки системы. Таким образом, моделирование процессов распада, дисперсии и испарения капель жидкого топлива при различных начальных условиях является актуальной задачей проблем эволюции открытых систем. В этой связи в данной работе диссипативные структуры описываются нелинейным уравнением Фоккера-Планка, которое выражает временную и пространственную эволюцию частиц по радиусам в приближении к размеру материнской капли. Также в работе дискретная модель А.Н. Колмогорова была преобразована в форму эволюционного уравнения функции распределения. Асимптотическое решение этого уравнения применяется при моделировании распада и дисперсии частиц наряду с моделью Лагранжа, которая применяется для описания динамики распыла. В работе представлены данные компьютерных экспериментов по определению оптимальных условий (скорость впрыска) для горения изооктана, основанные на статистической модели эволюции частиц. В результате выполненных компьютерных экспериментов получены распределение температуры, продуктов сгорания и паров топлива по высоте камеры сгорания. На основании этих численных данных определены оптимальные параметры процесса распыла и дисперсии изооктана
