Численное моделирование истечения сверхзвуковой перерасширенной газовой струи в жидкость

Рассматривается численное моделирование подводного истечения сверхзвуковой перерасширенной воздушной струи. Расчеты проводятся в нестационарной трехмерной постановке с использованием осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье–Стокса (течение в сопле) и вихреразрешающего подхода к моделированию турбулентности (течение в струе). Расчет взаимодействия газовой среды с жидкостью осуществляется с помощью многофазной модели объема жидкости, учитывающей силы поверхностного натяжения и сжимаемость среды. Проводится анализ структурных особенностей турбулентности, образующихся при истечении сверхзвуковой струи воздуха в воду. В результате расчетов получена нестационарная картина формирования сверхзвуковой струи и газовой полости в жидкости, визуализирована ударно-волновая структура течения, а также проведены оценки уровня пульсаций давления в жидкости. На качественном уровне проводится сопоставление картины течения при истечении струи воздуха в воздух и воду. Полученные результаты сопоставляются с данными экспериментальной высокоскоростной фоторегистрации и имеющимися численными расчетами.