Abstract

Using the volume of fluid (VOF) method in the approximation of 2D axisymmetric swirling flow, the primary atomization of a kerosene film in an air-assist centrifugal atomizer of an aircraft engine operating in cruise mode has been studied. The evolution of the system is simulated using Reynolds-averaged nonstationary equations of viscous fluid flow on meshes with different cell sizes (0.78125, 1.5625, 3.125, and 6.25 µm); mesh convergence was achieved at 1.5625 μm. Kelvin–Helmholtz instability, which causes waves on the surface of the fuel film, was revealed. After the detachment of the film from the prefilmer edge, the thinning of the film near the trough of the wave leads to its breakup at this location. This film atomization regime is consistent with one of the regimes revealed in an air-assist atomizer operating under standard conditions in a combustion chamber. A specific feature of this regime is that some fuel ligaments formed as a result of the atomization are thrown radially into the stagnant zone. As a result, two spray cones appear in the atomizer. It should be noted that in a 2D axisymmetric formulation only the primary atomization can be analyzed, correctly, but not the subsequent formation from the fuel ligaments of droplets of complex shape close to spherical. Interest in the problem of the atomization of the fuel film in air-assist atomizers during the operation of the aircraft engine in cruise mode is due to the lack of information about this process, both numerical and experimental.

中文翻译：

---

带有预成膜器的空气辅助雾化器中煤油膜雾化的数值模拟

摘要

在二维轴对称涡旋流近似中，使用流体体积（VOF）方法，研究了以巡航模式运行的飞机发动机的空气辅助离心雾化器中煤油膜的一次雾化。使用具有不同像元尺寸（0.78125、1.5625、3.125和6.25 µm）的网格上的粘性流体流动的雷诺平均非平稳方程，可以模拟系统的演变。在1.5625μm处实现了网格收敛。揭示了开尔文-亥姆霍兹不稳定性，该不稳定性会导致燃料膜表面起伏。在薄膜从预成膜器边缘分离之后，在波谷附近的薄膜变薄导致其在该位置处破裂。该膜雾化方案与在燃烧室中在标准条件下运行的空气辅助雾化器中揭示的方案之一一致。该方案的一个特定特征是，由于雾化而形成的一些燃料韧带沿径向被抛入停滞区。结果，两个喷雾锥出现在雾化器中。应该注意的是，在二维轴对称公式中，只能正确地分析一次雾化，但是不能从燃料韧带的接近球形的复杂形状液滴中随后形成雾化。在飞机发动机以巡航模式运行期间，对空气辅助雾化器中的燃料膜雾化问题的关注是由于缺乏有关该过程的数值和实验信息。该方案的一个特定特征是，由于雾化而形成的一些燃料韧带沿径向被抛入停滞区。结果，两个喷雾锥出现在雾化器中。应该注意的是，在二维轴对称公式中，只能正确地分析一次雾化，但是不能从燃料韧带的接近球形的复杂形状液滴中随后形成雾化。在飞机发动机以巡航模式运行期间，对空气辅助雾化器中的燃料膜雾化问题的关注是由于缺乏有关该过程的数值和实验信息。该方案的一个特定特征是，由于雾化而形成的一些燃料韧带沿径向被抛入停滞区。结果，两个喷雾锥出现在雾化器中。应该注意的是，在二维轴对称公式中，只能正确地分析一次雾化，但是不能从燃料韧带的接近球形的复杂形状液滴中随后形成雾化。在飞机发动机以巡航模式运行期间，对空气辅助雾化器中的燃料膜雾化问题的关注是由于缺乏有关该过程的数值和实验信息。应该注意的是，在二维轴对称公式中，只能正确地分析一次雾化，但是不能从燃料韧带的接近球形的复杂形状液滴中随后形成雾化。在飞机发动机以巡航模式运行期间，对空气辅助雾化器中的燃料膜雾化问题的关注是由于缺乏有关该过程的数值和实验信息。应该注意的是，在二维轴对称公式中，只能正确地分析一次雾化，但是不能从燃料韧带的接近球形的复杂形状液滴中随后形成雾化。在飞机发动机以巡航模式运行期间，对空气辅助雾化器中的燃料膜雾化问题的关注是由于缺乏有关该过程的数值和实验信息。