مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه تجربی واپاشی صفحه مایع در حضور جریان عرضی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران
چکیده
مطالعه روی تولید اسپری در حضور جریان عرضی به‌علت مزایای زیاد آن توسط محققان زیادی مورد توجه قرار گرفته است که با توجه به هندسه انژکتور استفاده‌شده، سیال خروجی از آن می‌تواند به‌صورت جت یا صفحه مایع باشد. تحقیق پیش رو به‌منظور بررسی تجربی نحوه شکست صفحه مایع و تاثیر اعداد بی‌بُعد در نفوذ و مسیر آن در جریان پاشش متقاطع انجام شده است. برای مطالعه پارامترهای مورد نظر از روش سایه‌نگاری استفاده شده است. در این کار تاثیر اعداد بی‌بُعد (نسبت مومنتوم و وبر) در نحوه شکست صفحه مایع مورد بررسی قرار گرفته است و همچنین براساس اعداد بی‌بُعد برای مسیر پاشش، طول و ارتفاع صفحه ستون مایع معادلاتی ارایه شده است. آزمایش‌ها در فشار و دمای محیط صورت گرفته است و عدد وبر گاز از ۰/۸ تا ۱۲/۵، نسبت شار مومنتوم از ۱۷/۴ تا ۲۵۰ و عدد رینولدز هوا از ۲۴۰۰ تا ۱۰۲۲۷ تغییر می‌کند. در محدوده وبر گازی ارایه‌شده سه نوع شکست ستونی، شکست ستونی کیسه‌ای و شکست کیسه‌ای اتفاق می‌افتد که عدد وبر تاثیرگذارترین پارامتر در تعیین رژیم‌های شکست است. همچنین یافته‌ها بیانگر آن هستند که افزایش نسبت مومنتوم تاثیر زیادی در عمق نفوذ صفحه مایع داخل جریان عرضی داشته ولی تاثیر خیلی کمی در رژیم های شکست دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Experimental Study of Liquid Sheet Breakup in Cross Flow

نویسندگان English

Gh. Olyaei
A. Kebriaee
Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
چکیده English

The present study was performed to experimentally investigate the regime of the liquid sheet breakup and the effects of dimensionless numbers on the penetration and trajectory of the liquid sheet in cross flow condition. The shadowgraphy technique was applied to study the tests. In this work, the effect of the non-dimensional numbers (momentum ratio and Weber number) were surveyed on the breakup of the liquid sheet. Also, some equations for the injection trajectory, the length, and the height of the jet were presented based on these non-dimensional numbers. The tests were done at atmospheric pressure and temperature, where the Weber number range is from 0.8 to 12.5, the variations of the momentum ratio are from 17.4 to 250, and the changes in the Reynolds number are from 2400 to 10227. Three regimes of jet breakup were observed, defined as column breakup, column-bag breakup, and bag breakup. The Weber number is the most effective parameter in the regime change of the liquid sheet breakup. The results also indicated that the increase in the momentum ratio has a great influence on the depth of penetration of the liquid sheet, but it has a very small effect on the breakup regimes.

کلیدواژه‌ها English

Liquid Sheet
Primary Atomization
Gas Weber Number
Momentum Ratio
Zhao H, Liu HF, Li WF, Xu JL. Morphological classification of low viscosity drop bag breakup in a continuous air jet stream. Physics of Fluids. 2010;22(11):114103. [Link] [DOI:10.1063/1.3490408]
Fric TF, Roshko A. Vortical structure in the wake of a transverse jet. Journal of Fluid Mechanics. 1994;279(1):1-47. [Link] [DOI:10.1017/S0022112094003800]
Less DM, Schetz JA. Transient behavior of liquid jets injected normal to a high-velocitygas stream. American Institute of Aeronautics and Astronautics Journal. 1986;24(12):1979-1986. [Link] [DOI:10.2514/3.9556]
Zheng Y, Marshall AW. Characterization of the initial spray from low-Weber-number jets in crossflow. Atomization and Sprays. 2011;21(7):575-589. [Link] [DOI:10.1615/AtomizSpr.2011003714]
Lee CH, Reitz RD. An experimental study of the effect of gas density on the distortion and breakup mechanism of drops in high speed gas stream. International Journal of Multiphase Flow. 2000;26(2):229-244. [Link] [DOI:10.1016/S0301-9322(99)00020-8]
Lightfoot M. Fundamental classification of atomization processes. Atomization and Sprays. 2009;19(11):1065-1104. [Link] [DOI:10.1615/AtomizSpr.v19.i11.50]
Yoshinaga T. Instability and breakup of a gas-cored viscous annular jet. AIP Conference Proceedings. 2012;1474(1):119-122. [Link] [DOI:10.1063/1.4749310]
Wu PK, Kirkendall KA, Fuller RP, Nejad AS. Breakup processes of liquid jets in subsonic crossflows. 32nd Joint Propulsion Conference and Exhibit, 1-3 July, 1996, Lake Buena Vista, Florida, USA. Reston: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 1996. [Link] [DOI:10.2514/6.1996-3024]
Birouk M, Azzopardi BJ, Stäbler T. Primary break-up of a viscous liquid jet in a cross airflow. Particle and Particle Systems Characterization. 2003;20(4):283-289. [Link] [DOI:10.1002/ppsc.200390034]
Aalburg Ch, Sallam K, Faeth G. Properties of nonturbulent round liquid jets in uniform crossflows. 42nd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 5-8 January, 2004, Reno, Nevada. Reston: American Institute of Aeronautics and Astronautics; 2004. [Link] [DOI:10.2514/6.2004-969]
Sankarakrishnan R, Sallam KA, Chambers FW. Effects of turbulence on the breakup of round liquid jets in gaseous crossflow. ASME 2005 Fluids Engineering Division Summer Meeting, June 19-23, 2005, Houston, Texas, USA, 2005. New York: American Society of Mechanical Engineers (ASME); 2005. p. 281-285. [Link] [DOI:10.1115/FEDSM2005-77407]
Iyogun CO, Birouk M, Popplewell N. Trajectory of water jet exposed to low subsonic cross-flow. Atomization and Sprays. 2006;16(8):963-980. [Link] [DOI:10.1615/AtomizSpr.v16.i8.70]
Lakhamraju RR. Liquid jet breakup studies in subsonic air stream at elevated temperatures [Dissertation]. Cincinnati: University of Cincinnati; 2005. [Link]
Kim JH, Ku KW, Youn HJ, Hong JG, Lee CW, Chung KY. Effect of orifice configuration on the penetration height in crossflow. 12th Triennial International Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, 2-6 September, 2012, Heidelberg, Germany. Danbury: Begell House; 2012. [Link]
Amighi A. Liquid jets in crossflow at elevated temperatures and pressures [Dissertation]. Toronto: University of Toronto; 2015. [Link]
Akhaven Ansari R, Ommi F, Movahednejad E. An experimental study of liquid jet into a crossflow, based on schlieren technique. Fluid Mechanics and Aerodynamics Journal. 2016;5(1):17-27. [Persian] [Link]
Jalili B, Ommi F, Nourazar S. Experimental study of effective factors on liquid jet trajectory and breakup in gaseous crossflow. Modares Mechanical Engineering. 2017;17(12):354-360. [Persian] [Link]
Nasiri HR, Kebriaee A, Razavi Haeri SAA. Design and manufacture of powerful diode stroboscopes for staging fast phenomena. 1st International Conference on New Research Achievements in Mechanics, 26 May, 2016, Tehran. Tehran: Civilica; 2016. [Persian] [Link]
ArsinTNF. Enlighten brighter than light. Tehran: ArsinTNF Company; 2017 [2018 May 01]. Available from: www.Arsin.co [Link]