化学反応を考慮したレーザー誘発キャビテーションバブルの数値研究

インジェクター噴射中に生成されたキャビテーションは、燃料の霧化に大きな影響を与える可能性があります。レーザー誘発キャビテーションバブルは、レーザー誘発性プラズマ発火技術の重要な現象です。実験測定の困難に制限されているため、数値シミュレーションはレーザー誘導キャビテーションバブルの研究において重要なツールになりましたが、レーザー誘発キャビテーションバブルのダイナミクスを研究するために使用されるほとんどの以前の数値モデルは通常、化学反応の効果を無視します。この研究では、有限体積法を使用して、熱と物質移動、およびキャビテーションバブル内の化学反応を考慮することにより、圧縮可能な2次元レイノルズの平均Navier-Stokes方程式を解きました。キャビテーションバブルに対する全体的な反応と基本反応の効果がそれぞれ評価されます。数値モデル内の化学反応をさらに考慮することにより、バブル内でより低い最大温度とより高い最大圧力が予測されることがわかります。また、化学反応によって生成される生成された非凝縮性ガスは、キャビテーションバブルのその後の膨張プロセスを促進します。その上、キャビテーションバブルに対する片側壁境界条件の影響は、無限の境界条件と比較されます。壁の境界の影響を受けて、キャビテーションバブルは、崩壊プロセス中に壁から離れた泡の側面に局所的な高圧を形成し、バブルを「三日月」の形状に圧縮します。壁によって引き起こされる局所的な損失により、バブル内の最大圧力と温度は低くなります。

Cavitation generated during injector jetting can significantly affect fuel atomization. Laser-induced cavitation bubble is an important phenomenon in laser induced plasma ignition technology. Limited by the difficulties in experimental measurements, numerical simulations have become an important tool in the study of laser-induced cavitation bubble, but most previous numerical models used to study the dynamics of laser-induced cavitation bubble usually ignore the effect of chemical reactions. In this study, the finite volume method is used to solve the compressible two-dimensional reynolds averaged Navier-Stokes equation by considering the heat and mass transfer as well as the chemical reactions within the cavitation bubble. The effects of overall reaction and elementary reactions on the cavitation bubble are evaluated, respectively. It is found that by additionally considering chemical reactions within the numerical model, lower maximum temperatures and higher maximum pressures are predicted within the bubble. And the generated non-condensable gases produced by the chemical reactions enhance the subsequent expansion process of the cavitation bubble. Besides, the effect of the one-sided wall boundary condition on cavitation bubble is compared with the infinite boundary condition. Influenced by the wall boundary, the cavitation bubble forms a localized high pressure on the side of the bubble away from the wall during the collapse process, which causes the bubble to be compressed into a "crescent" shape. The maximum pressure and temperature inside the bubble are lower due to localized losses caused by the wall.