Нестационарные характеристики процесса истечения газа в жидкость

Проведено численное моделирование процесса истечения газа, находящегося под давлением, в частично заполненную жидкостью закрытую емкость. Для сравнительного теоретического анализа использована асимптотическая модель с допущениями об адиабатичности процесса истечения газа и идеальности жидкости при осцилляторном одномерном движении жидкого столба. При этом движение столба жидкости и эволюция давления в газе определяются уравнением динамики и балансом энтальпии. Численное моделирование проведено в пакете OpenFOAM с использованием метода объемов жидкости (VOF-метод) и стандартной k - e модели турбулентности. Получена эволюция полей объемного газосодержания, скорости, давления при истечении газа из камеры высокого давления в замкнутый заполненный жидкостью канал при наличии «подушки газа» на верхнем торце канала. Показано, что динамика пульсаций в газовой полости, возникающей при истечении газа в закрытую область, существенно зависит от физических свойств жидкости в объеме, особенно плотности. Численное моделирование показало, что инжекция газа в воду происходит в виде струйного истечения газа, а при истечении в жидкий свинец наблюдается формирование газового снаряда у дна канала. Получено удовлетворительное согласование численного расчета и расчета по асимптотической модели для пульсаций давлений в газовом снаряде в жидком свинце. Для воды результаты расчета по асимптотической модели дают существенное отличие от результатов численного расчета. Во всех случаях скорости движения среды, полученные с помощью численного моделирования и с использованием асимптотической модели, различаются на порядок и более.