Формирование сверхзвуковых пароводяных струй, сопровождающееся генерацией акустических пульсаций

Рассмотрены особенности формирования сверхзвуковых пароводяных струй, истекающих через тонкое сопло из камеры высокого давления. Исследованы режимы возникающих вибрационных процессов в зависимости от изменения начальных состояний насыщения, определяемых давлением и температурой. Предлагаемая система модельных уравнений пароводяной смеси в трехмерной постановке включает двухфазные уравнения динамики в двухтемпературном, однодавленческом, односкоростном приближениях с учетом межфазного теплообмена, явлений испарения и конденсации. Численная реализация поставленной задачи проведена с применением разработанного авторами решателя в среде открытого пакета OpenFOAM. Изучен процесс развития сверхзвуковой струи с образованием диска Маха и исследованы причины образования акустических пульсаций давления. Дан анализ влияния исходных состояний насыщения водного флюида, находящегося в камере высокого давления, на интенсивность и частоту возникающих акустических колебаний. Для обоснования достоверности используемого численного метода с применением пакета OpenFOAM проведено сравнение полученного численного решения с экспериментальной фотографией сверхзвуковой струи азота, истекающей через цилиндрическое сопло из резервуара высокого давления.