مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی اثر طول محفظه اختلاط بر جریان دوفازی درون اتمایزر گازدار و ضخامت فیلم مایع خارج شونده از آن

نویسندگان
زهرا علیزاده کاکلر 1
محمدرضا انصاری 2
1 گروه تبدیل انرژی، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس
2 دانشیار دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
مطالعه حاضر به بررسی اثر طول محفظه اختلاط بر جریان دوفازی درون اتمایزر گازدار و ضخامت فیلم مایع خارج شونده از اتمایزر در نسبت‌های دبی جرمی گاز به مایع مختلف می‌پردازد. به این منظور جریان داخلی اتمایزر گازدار برای سه طول مختلف از محفظه اختلاط، در نسبت‌های دبی جرمی گاز به مایع 0.08%، 0.32% و 1.24% و دبی مایع0.38 L/min، به کمک مدل تعقیب سطح مشترک حجم سیال شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که طول محفظه اختلاط تأثیر چندانی بر رژیم جریان حاکم در مجرای تخلیه ندارد. اما با افزایش طول محفظه اختلاط، جریان دوفازی درون این محفظه به صورت توسعه‌یافته‌تری وارد مجرای تخلیه می‌شود. بنابراین ناپایداری‌های سطح مشترک دوفاز در مجرای تخلیه برای اتمایزر با محفظه اختلاط بلندتر کمتر است. همین‌طور براساس نتایج اندازه‌گیری ضخامت فیلم مایع خارج شونده از اتمایزر گازدار، تأثیر طول محفظه اختلاط بر ضخامت این فیلم بستگی به نسبت دبی جرمی گاز به مایع دارد. در نسبت دبی جرمی گاز به مایع پایین افزایش طول محفظه اختلاط باعث افزایش ضخامت فیلم مایع خارج شونده از اتمایزر می‌شود. در حالی که، در نسبت دبی جرمی گاز به مایع بالا عکس این حالت اتفاق می‌افتد. در نسبت دبی جرمی گاز به مایع میانی، تغییرات ضخامت فیلم مایع خارج شونده از اتمایزر با طول محفظه اختلاط روند ثابتی را نشان نمی‌دهد.
کلیدواژه‌ها
اتمایزر گازدار
جریان دوفازی گاز- مایع
طول محفظه اختلاط
نسبت دبی جرمی گاز به مایع
ضخامت فیلم مایع

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical study of the effect of the mixing chamber length on the effervescent atomizer internal two-phase flow and the liquid film thickness at the exit the atomizer

نویسندگان English

Zahra AlizadehKaklar 1
mohamadreza ansari 2
1 Energy conversion Group,
2 -
چکیده English

The present study investigates the effect of the mixing chamber length on the effervescent atomizer internal two-phase flow and the liquid film thickness at the exit of the atomizer at different gas-to-liquid mass ratios. Therefore, the internal flow of this atomizer simulated for three different lengths of the mixing chamber, at the gas-to-liquid mass ratios of 0.08%, 0.32%, and 1.24% and at the liquid flow rate of 0.38 L / min by the volume of fluid interface following model. The simulation results show that the mixing chamber length does not have much effect on the dominant flow regime in the discharge passage. However, by increasing the mixing chamber length, the two-phase flow inside this chamber more expanded before entering into the discharge passage. Therefore, the two-phase interface instabilities in the discharge passage are lower for the atomizer with the longer mixing chamber. In addition, based on the measuring results of the liquid film thickness at the exit of the atomizer, the effect of the mixing chamber length on the thickness of this film depends on the gas-to-liquid mass ratio. Increasing the mixing chamber length at low gas-to-liquid mass ratio increases the liquid film thickness at the exit of the effervescent atomizer. While at high gas-to-liquid mass ratio, it's inverse. At middle gas-to-liquid mass ratio, the changes of the liquid film thickness at the exit of the atomizer with the mixing chamber length do not show a steady trend.

کلیدواژه‌ها English

Effervescent atomizer
Gas-Liquid two-phase flow
Mixing chamber length
Gas-to-Liquid mass ratio
Liquid film thickness
[1] C. Tricou, K. Knasiak, Development of a high transfer efficiency painting technology using effervescent atomization, 18th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Irvine, California, USA, May 22-25, 2005.
[2] F. J. Petersen, O. Worts, T. Schaefer, P.E. Sojka, Effervescent atomization of aqueous polymer solutions and dispersion, Pharmaceutical Development and Technology, Vol. 6, No. 2, pp. 201-210, 2001.
[3] F. J. Petersen, O. Worts, T. Schaefer, P.E. Sojka, Design and atomization properties for an inside-out type effervescent atomizer, Drug Development and Industrial Pharmacy, Vol. 30, No. 3, pp. 319-326, 2004.
[4] S. H. Marshall, Air bubble formation from an orifice with liquid cross-flow, Ph.D. thesis, University of Sydney, Australia, 1990.
[5] A. H. Lefebvre, X. F. Wang, C. A. Martin, Spray characteristics of aerated-liquid pressure atomizers, AIAA Journal Propulsion and Power, Vol. 4, No. 4, pp. 293-295, 1988.
[6] A. H. Lefebvre, A novel method of atomization with potential gas turbine application, Indian Defense Science Journal, Vol. 38, No. 4, pp. 353-361, 1988.
[7] T. C. Roesler, A. H. Lefebvre, Studies on aerated-liquid atomization, International Journal of Turbo & Jet-Engines, Vol. 6, No. 3-4, pp. 221-230, 1989.
[8] S.D. Sovani, P.E. Sojka, A. H. Lefebvre, Effervescent Atomization, Progress in Energy and Combustion Science, Vol. 27, No. 4, pp. 483-521, 2001.
[9] M. E. Ferreira, J. J. G. Martins, J. C. F. Teixeira, Optimization of an effervescent atomizer to the combustion of residue Oils, ASME Summer Heat Transfer Conference, San Francisco, California, USA, July 17-22, pp. 751-757, 2005.
[10] J. Jedelsky, M. Jicha, J. Slama, J., Otahal, Development of an effervescent atomizer for industrial burners, Energy Fuels, Vol. 23, No. 12, pp. 6112-6130, 2009.
[11] A. Mostafa, M. Fouad, M. Enayet, S. Osman, Measurements of spray characteristics produced by effervescent atomizers, 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, Fort Lauderdale, Florida, July 11-14, 2004.
[12] M. Liu, Y. Duan, T. Zhang, Evaluation of effervescent atomizer internal design on the spray unsteadiness using a Phase/Doppler Particle analyzer, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 34, No. 6, pp. 657-665, 2010.
[13] M. Liu, Y. Duan, T. Zhang, Y. Xu, Evaluation of unsteadiness in effervescent atomizer sprays by analysis of droplet arrival statistics-The influence fluids properties and atomizer internal design, Experimental thermal and fluid science, Vol. 35, No. 1, pp. 190-198, 2011.
[14] J. Jedelsky, M. Jicha, J. Slama, J. Otahal, Influence of some geometrical parameters on the characteristics of effervescent atomization, 18th Annual Conference on Liquid Atomization & Spray Systems, Zaragoza, Spain, Sep 9-11, 2002.
[15] J. Jedelsky, Z. Beinstein, M. Jicha, Unsteadiness in effervescent sprays: influence of operational conditions and atomizer design, 11th Triennial International Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Vail, Colorado, USA, Jul 26-30, 2009.
[16] J. Jedelsky, M. Landsmann, M. Jicha, I. Kuritka, Effervescent atomizer: influence of operation conditions and internal geometry on spray structure; study using PIV-PLIF, 22nd Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, Como Lake, Italy, Sep. 8-10, 2008.
[17] E. Sher, M. Koren, D. Katoshewski, V. Kholmer, Energy consideration and experimental study of effervescent atomizers, 16th Annual Conference on Liquid Atomization and Spray Systems, ILASS-Europe, Darmstadt, Germany, Sep 11-13, 2000.
[18] M. Hassanzadeh Jobehdar, K. Siddiqui, Experimental Study of Two-Phase Flow in a Liquid Cross-Flow and an Effervescent Atomizer, PhD Thesis, University of Western Ontario, Canada, 2014.
[19] K. C. Lin, P. J. Kennedy, T. A. Jackson, Structures of internal flow and the corresponding spray for aerated-liquid injectors, 37th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Salt Lake City, United States, July 8-11, 2001.
[20] J. U. Brackbill, D. B. Kothe, C. Zemach, Aconitum method for modeling surface tension, Journal of Computational Physics, Vol. 100, No. 2, pp. 335-354, 1992.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 5
شهریور 1397
صفحه 250-257