شبيه‌سازي عددي جريان دو فاز حدود صوت حاوي شوك در نازل همگرا-واگرا

Numerical Modelling of Transonic Two Phase Flow with Shock in Converging-Diverging Nozzle

در اين مقاله حل عددي جريان تراكم پذير، گذرا، غير لزج، دو فاز و حدود صوت حاوي شوك مخلوط بخار و آب در يك نازل همگرا-واگرا با روش عددي Roe بررسي شد. براي گسسته سازي مكاني و محاسبه خواص اصلي جريان در مرز المان‌ها اين خواص با دقت مرتبه سوم Roe برون‌يابي شده است، هم چنين انتگرال گيري زماني با استفاده از روش صريح دو مرحله‌اي لكس – وندرف با دقت مرتبه دوم انجام شده است. براي ناحيه خشك (تك فاز)، خواص اصلي فشار (P)، دما (T) و سرعت (u) و براي ناحيه دو فاز، دما (T)، سرعت (u) و كيفيت (?) به مرز المان برون‌يابي شده است. در اين مطالعه معادلات پيوستگي، مومنتم و انرژي به صورت ابقايي نوشته شده، جريان داخل نازل شبه يك بعدي و با فرض ترموديناميك تعادلي براي مخلوط بخار و آب مورد بررسي قرار گرفته است. مطالعه حاضر به دنبال تحقيقات قبلي است كه در آن ها جريان حدود صوت تقطير شونده در حالت بدون شوك در نازل همگرا-واگرا مورد مطالعه قرار گرفته است. هدف اصلي اين مقاله استخراج حلي براي جريان حدود صوت تقطير شونده حاوي شوك در نازل همگرا-واگرا بوده و ارايه شرح كاملي از فيزيك مساله (به عنوان مثال اينكه آب مايع در گذر از شوك تبخير مي‌شود) است. نتايج حاصل از اين روش با نتايج موجود در تاريخچه برابري خوبي را دارد.

In this work, the numerical solution for compressible, unsteady, inviscid, two-phase and transonic liquid-vapor mixture flow is investigated using Ros’s FDS time marching method. For space discretization, the fluid properties are extrapolated to the cell faces with the third order MUSCL algorithm of van Leer, and the time integration is done with the explicit two-step Lax-Wendroff method. In this study, the continuity, momentum and energy equations have been written in the fully conservative form and the properties of two-phase flow mixture in the quasi one-dimensional convergence-divergence nozzle have been investigated using the equilibrium thermodynamic model. The paper follows our earlier work, in which condensing transonic two-phase flow in a shock-free (no shock) converging-diverging nozzle was studied. The main goal of this article is to exhibit the two-phase flow with normal shock and to show the related physics (e.g. liquid phase evaporation via the shock) of the problem completely.