В данном исследовании сжимаемая версия алгоритма SIMPLE кода Anes используется для моделирования процессов «взрывного» вскипания воды в сопле. Для моделирования используются две версии гомогенной модели двухфазного потока. В первой версии - стандартной гомогенной модели (ГМ) двухфазный поток рассматривается как смесь пара и жидкости имеющие одинаковую температуру, равную температуре насыщения при текущем давлении. Для описания двухфазного потока в этом случае используется равновесная массовая доля паровой фазы, которая однозначно связана с энтальпией смеси h (индексы "g" , "l" означают параметры паровой и жидкой фазы, "sat" - значения на линии насыщения):

Во второй версии - релаксационной гомогенной модели (РМ) - массовая доля пара x рассчитывается из уравнения баланса массы паровой фазы, в котором объемный источник порождения паровой фазы имеет «релаксационный» вид:

В рамках этой модели температура жидкой фазы не равна температуре насыщения, жидкая фаза находится в перегретом метастабильном состоянии.

Для моделирования использовались неструктурные сетки в цилиндрической системе координат. Стационарное решение находилось с помощью метода установления.

Ниже приводятся результаты моделирования процесса вскипания воды в сопле экспериментальной установки работы (Abuaf N. et al., 1981). Для наглядности на графиках вместо массовой доли x используется объемная доля паровой фазы:

На рисунке 1 показаны поля давления в сопле для гомогенной (ГМ) и релаксационной (РМ) моделей духфазного потока, на рисунке 2 - число Маха, на рисунке 3 - объемная доля паровой фазы, на рисунке 4 - температура жидкой фазы для случая релаксационной модели. На рисунке 5 показано сравнение расчитанной объемной доли на оси канала с экспериментальными данными. 

Рисунок 1 - Поле давления двухфазной смеси в сопле

Рисунок 2 - Число Маха двухфазной смеси

Рисунок 3 - Объемная доля пара 

Рисунок 4 - Разница температур T_l - T_sat

 
Рисунок 5 - Распределения объемной доли вдоль оси канала