基于VOF算法在OpenFOAM开源平台上开发了可压缩跨音速两相流求解器,开展高压水射流的三维瞬态数值模拟。将流场划分成四个区域进行单独的分析,根据速度及液相分布探讨了喷嘴内的流动状态,基于Q准则揭示了流场的漩涡结构分布,分析了各区域的漩涡形态及形成原因,并研究了射流液核的演变过程,揭示了喷嘴出口下游散落液滴的形成机理、液核的一次雾化效应及冲击挡板引发的迅猛破碎。研究表明,挡板表面冲击压力的非均匀性分布与液核的演变存在高度的相关性。数值模拟获得的精细流场结构为对相关的应用研究提供参考。

针对不同工况的高压喷射流,利用VOF算法基于OpenFOAM开源平台开展流场模拟研究。模拟结果显示,当压差为10 MPa时,液核结构始终保持光滑的圆柱状轮廓,未发生雾化现象,靶件表面的压力分布及总打击力总体较为平稳;压差为30,50 MPa的工况均存在明显的一次雾化现象,液核表面形成坑洼不平的形貌特征,并产生众多小液滴散布于液核四周,喷雾锥角分别为1.2°和1.6°,广泛存在的压力波证实喷射流存在跨音速流动现象,在喷口出口处产生数量巨大的漩涡结构,靶件表面的压力分布变化剧烈,产生瞬时压力峰值,分别高达32.5,54.5 MPa,总打击力具有较大的波动趋势,其标准差为0.136和0.517。研究表明,雾化现象导致靶件表面的压力分布剧烈波动,诱发瞬时压力峰值并使总打击力剧烈波动,从而能够提升高压清洗效果。