Construction of a model of the impact interaction between a water jet and a vertical wall

Abstract

Об'єктом дослідження є процес взаємодії крапельної фази двофазного потоку «краплі-повітря» з вертикальною стінкою, а предметом дослідження – траєкторія руху і характеристики крапель води у двофазному потоці при зіткненні з вертикальною поверхнею. Моделювання руху крапель здійснювалося в рамках лагранжевого підходу, в якому динаміка кожної краплі описувалася рівняннями руху в тривимірному просторі з урахуванням сил аеродинамічного опору та гравітації. Рух газової фази струменя моделювався на основі припущення про його осьову симетрію та гаусів розподіл швидкості в поперечному перерізі. Для врахування стохастичного характеру розмірів крапель і поперечних складових швидкості проведено моделювання 105 траєкторій із розподілом діаметрів за законом Розіна-Рамлера. Встановлено, що щільність розподілу частки води, яка досягає вертикальної стінки, має унімодальний характер. Зі збільшенням напору подачі води частка води, що досягає стінки, суттєво зростає, а максимум щільності розподілу стає більш вираженим. Зокрема, при подачі води пожежним стволом з діаметром насадка 19 мм під кутом 35° з відстані 25 м частка води, яка не досягає стінки, зменшується з 49% при напорі 40 м до 8% при напорі 70 м. Показано, що взаємодія крапель зі стінкою відбувається переважно в режимах розтікання та розбризкування, тоді як на режими прилипання та відбиття припадає менше 1%. Зі зростанням напору частка крапель, що розтікаються, зменшується, а частка крапель, що розбризкуються – збільшується. У режимі розбризкування в середньому втрачається близько 50 % маси краплі. В результаті врахування розбризкування щільність розподілу води по вертикальній стінці переходить від унімодального до бімодального характеру, де другий максимум відповідає зоні переважного розтікання крапель.