Method and algorithm for calculating isobaric and non-isobaric three-dimensional turbulent jets of reacting gases

This paper presents a calculation method and algorithm, as well as numerical results of studying chemically reacting turbulent jets based on three-dimensional parabolic systems of Navier-Stokes equations for multicomponent gas mixtures.

Continuity equations are used to calculate the mass imbalance when solving with constant pressure, and with variable pressures, with the equations of motion and continuity.

Diffusion combustion of a propane-butane mixture flowing from a square-shaped nozzle in a submerged flow of an air oxidizer has been numerically studied. Pressure variability significantly affects the velocity (temperature) profiles in the initial sections of the jet, and when moving away from the nozzle exit, the pressure effect can be considered imperceptible, but the flame length is longer than at constant pressure, but it does not significantly affect the shape of the flame.

The saddle-shaped behavior of the longitudinal velocity in the direction of the major axis is numerically obtained for large initial values of the turbulence kinetic energy of the main jet.

Given method allows the study of non-reacting and reactive turbulent jets flowing from a rectangular nozzle.

1. Оран Э., Борис Дж. Численное моделирование реагирующих потоков: Пер. с англ., под ред. В.Л. Зимонта, П.И. Чушкина (Мир, М., 1990).

2. Лапин Ю.В., Стрелец М.Х. Внутренние течения газовых смесей (Наука, М., 1989).

3. Кузнецов В.Р., Сабельников В.А. Турбулентность и горение (Наука, М., 1986).

4. Хужаев И.К., Хамдамов М.М. Численные алгоритмы расчета турбулентных струйных течений реагирующих газов (Дурдона, Бухара, 2022).

5. Фернхольца Х., Краузе Е. Трехмерные турбулентные пограничные слои: Пер. с англ. (Мир, М., 1985).

6. Палатник И.Б., Темирабаев Д.Ж. О распространении свободных турбулентных струй, вытекающих из насадки прямоугольной формы, Пробл. теплоэнерг. и прикл. теплофиз. Изд-во КазССР 1, 18–22 (1964).

7. Исатаев С.И., Толеуов Г., Исатаев М.С. Исследование средних характеристик трехмерных турбулентных струй, Вестн. КазНУ. Сер. физ. 2 (41), 54–60 (2012).

8. Ларюшкин М.А. Некоторые закономерности влияния начального уровня турбулентности на развитие прямоугольной струи, Тр. Московск. энергетическ. ин-та (524), 26–36 (1981).

9. Nikjooy M., Karki K.C., Mongia H.C. Calculation of turbulent three-dimensional jet-induced flow in rectangular epclosure, AIAA pap-19990, n 0684-pb-10 1 (44) (1991).

10. Кузов К. Аэродинамика струй, истекающих из прямоугольных сопел, Пром. теплотехн. 12 (4), 38–44 (1990).

11. Sforza P.M., Trentacoste N. Further experimental results for three-dimensional free jets, AIAA J. 5 (5), 885–890 (1967).

12. Головачев Ю.П., Жмакин А.И., Шмидт А.А. Численное решение некоторых задач физической газовой динамики, Пробл. механ. жидкости и газа, Изд-во СПбГТУ, СПб, 153–179 (2000).

13. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. Т.1 (Мир, М., 1990).

14. Ходжиев С., Йулдошев Ш.С., Ширинов З.З. Численное исследование трехмерных турбулентных струй реагирующих газов на основе алгебраической модели, в сб. : Современные проблемы прикладной математики и информационной технологии: тезисы международной научно-практической конференции, 140–142 (Бухара, 2021).

15. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: в 2-х т. Т.1 (Мир, М., 1990).

16. Ходжиев С. Метод расчета неизобарических трехмерных турбулентных струй реагирующих газов, вытекающих из сопла прямоугольной формы, в сб. : Актуальные проблемы распространения волн в жидких многофазных смесях и различных средах, 408–409 (Фан, Ташкент, 1999).

17. Patankar S.V., Spalding D.B. A calculation procedure for heat, mass and momentum transfer in threedimensional parabolic flows, Intern. J. Heat and Mass Transf. 15 (10), 1787–1806 (1972).

18. Патанкар С. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости (Энергоатомиздат, М., 1984).

19. Мак-Гирк Дж.Дж., Роди В. Расчет трехмерных турбулентных свободных струй, в сб. : Турбулентные сдвиговые течения Т.1, 72–88 (Машиностроение, М., 1982).

20. Сфорца П.М., Стейгер В., Трентакосте Н. Исследование трехмерных вязких струй, Ракетн. техн. и космонавтика (5), 42–50 (1966).

21. Вулис Л.А., Ярин Л.П. Аэродинамика факела (Энергия, Л., 1978).

22. Агулыков А., Джаугаштин К.Е., Ярин Л.П. Исследование структуры трехмерных турбулентных струй, Изв. АН СССР. МЖГ (6), 13–21 (1975).

23. Двойнишников В.П., Ларюшкин Н.А., Князьков В.П. Влияния начальных условий на развитие турбулентности струи, Энергетика и транспорт (4), 167–170 (1981).