تحلیل عددی اثر کشش سطحی در فروریزش حباب کاویتاسیون

زمانی که حباب کاویتاسیون در نزدیکی جسم صلب فروریزش کند، قسمتی از سطح حباب که دورتر از جسم قرار دارد سرعت بیشتری پیدا کرده و موجب تشکیل میکروجت می شود. با تشکیل میکروجت، سیال با سرعت بالا، حباب را شکافته و به سطح جسم برخورد می کند. اغلب تحقیقات صورت گرفته در این زمینه، نشان می دهند که تشکیل این پدیده عامل اصلی فرسایش اجسام می باشد. پارامترهای زیادی در مقدار سرعت میکروجت تشکیل شده مؤثر هستند که می توان به فاصله حباب تا سطح جسم، فشار سیال، اندازه اولیه حباب، میزان گاز درون حباب و تراکم پذیری مایع اشاره کرد. در بیشتر بررسی های عددی صورت گرفته در این زمینه) که اغلب با استفاده از روش المان مرزی می باشد( اثر کشش سطحی را تنها در مرحله رشد حباب مؤثر می دانند و در مدل سازی های صورت گرفته برای فروریزش حباب، از این پارامتر صرفنظر شده است. در این تحقیق با لحاظ کردن اثر کشش سطحی، فروریزش نامتقارن حباب کاویتاسیون در جریان دو فاز مایع – گاز به صورت عددی شبیه سازی شده است. آب به عنوان فاز مایع و هوا به صورت گاز ایده آل به عنوان فاز گاز در نظر گرفته شده و جریان به صورت متقارن محوری، ناپایا و آرام مدل سازی شده است. اثر لزجت نیز در نظر گرفته شده و از اثر انتقال جرم صرفنظر شده است. برای حل جریان دوفاز و تعقیب فصل مشترک از روش VOF استفاده شده است. تطابق خوبی بین نتایج عددی و آزمایشگاهی حاصل شده است. جریان در دو حالت، با در نظر گرفتن کشش سطحی و بدون احتساب آن مدل شده است. نتایج نشان می دهد که نیروی کشش سطحی اثر نسبتا کمی بر شکل جت و سرعت آن دارد. حضور کشش سطحی باعث افزایش سرعت ماکزیمم جت تشکیل شده می شود.

تحلیل عددی اثر کشش سطحی در فروریزش حباب کاویتاسیون Keywords:

فروریزش نامتقارن حباب کاویتاسیون , میکروجت , کشش سطحی , روش VOF