استخراج یک مدل نظری انرژی-مبنا به منظور تخمین قطر میانگین قطرات اسپری خروجی از یک انژکتور گریز از مرکز

نوع مقاله: مقالة‌ تحقیقی‌ (پژوهشی‌)

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی گروه علوم فضایی، پژوهشگاه هوافضا

2 دانشگاه علم و صنعت ایران

چکیده

پیش ­بینی نحوة توزیع قطر و سرعت قطرات اسپری به پارامترهای مختلفی چون خصوصیات فیزیکی، سرعت سیال و محیط گازی اطراف و هندسة داخلی انژکتور بستگی دارد. مرحلة تشکیل قطرات که دارای تنوع فراوان از نظر قطر و سرعت قطرات است، با یک دیدگاه آماری قابل پیش­ بینی است. از آنجا که روش­های نظری موجود برای تخمین توزیع قطر و سرعت قطرات نیازمند داده­های تجربی نظیر قطر میانگین و سرعت میانگین قطرات به عنوان ورودی هستند، در این مقاله، تلاش شده است تا با پیشنهاد یک روش نظری بر پایة معادلة بقای انرژی، قطر میانگین قطرات را به‌دست آورد و به جای دادة تجربی در مدل­های پیش‌بینی‌کننده توزیع قطر قطرات نظیر مدل ماکزیمم آنتروپی استفاده کرد. بدین ترتیب با حفظ دقت خوب، آن مدل­های پیش‌بینی‌کنندة توزیع قطر قطرات نیز می­توانند به داده­های تجربی وابستگی کمتری پیدا کنند. پارامترهای لازم این مدل نظیر راندمان اتمیزاسیون و عدد وبر نیز از مدل دینامیک سیالات محاسباتی تأمین شده­ اند. سپس یک مطالعه پارامتریک به منظور بررسی ارتباط میان راندمان اتمیزاسیون و سرعت اسپری با قطر میانگین قطرات انجام شده است. این مدل پیشنهادی جدید، به عنوان یک مدل سریع و ساده، در مقایسه با داده­ های تجربی در دسترس، پیش­بینی خوبی از قطر میانگین قطرات به‌دست داده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Extraction of a Theoretical Energy-based Model to Estimate Mean Droplet Diameter of the Swirl Injector Spray

نویسندگان [English]

  • Hadiseh Karimaei 1
  • seyed mostafa hosseinalipour 2
1 aerospace research institute, Assistant professor
چکیده [English]

The droplet formation stage of a spray, which enjoys a great diversity in size and droplet velocity, is predictable through a statistical approach. Since the available methods require experimental data such as mean droplet diameter and mean droplet velocity as inputs to estimate the distribution of the droplets, this study attempts to propose a consistent theoretical model based on the energy conservation equation for the estimation of mean droplet diameter to be used in the predictive models of droplet size distribution, such as maximum entropy model. Therefore, those models can be independent of experimental data. The parameters needed in the model, such as atomization efficiency and the Weber number are provided using a CFD model. Then, a parametric study to evaluate the relationship between the atomization efficiency and spray velocity, and mean droplet diameter is carried out. This new proposed model entitled energy-based model (EBM) can provide a very good prediction of mean droplet diameter in comparison with the available experimental data.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Swirl injector
  • Mean droplet diameter
  • Energy-based model
  • Atomization efficiency
  • Weber number

[1]  Fritsching, U., Spray Simulation, 3rd Edition, London, Cambridge University Press, 2004.

[2]  Lefebvre, AH., Atomization and Sprays, 1st Edition, Washington, Hemisphere Publishing, 1989.

[3]  Babinsky, E. and Sojka, PE., “Modeling Droplet Size Distributions,” Progr Energy Combust Sci, Vol. 28, 2002, pp. 303–329.

[4]  Movahednejad, E., Prediction of Size and Velocity Distribution of Droplets in Spray by Maximum Entropy Principle and Using Wave Instability, (Thesis??), Tehran, Tarbiat Modares University, 2010.

[5]  Ashgriz, N., Handbook of Atomization and Sprays In: Theory and Applications, 2nd Edition, New York, Springer, 2011.

[6]  Liu, H., Science and Engineering of Droplets: Fundamentals and Applications, Materials Science and Process Technology, 2nd Edition, Utah, William Andrew, 2000.

[7]  Bordas, R., John, V., Schmeyer, E. and Thevenin, D., “Measurement and Simulation of a Droplet Population in a Turbulent Flow Field,” Computers & Fluids, 66, 2012, pp. 52-62.

[8]  Park, H., Yoon, SS. and Heister, SD., “A Nonlinear Atomization Model for Computation of Drop Size Distributions and Spray Simulations,” International Journal for Numerical Methods in Fluids, Vol. 48, 2005, pp. 1219-1240.

[9]  Yoon. SS. and Des Jardin, PE. “Modeling Spray Impingement using Linear Stability Theories for Droplet Shattering,” International Journal for Numerical Methods in Fluids, 50, 2006, pp. 469-489.

[10]  Hosseinalipour, S. M., Karimaei, H. and Ommi, F., “Design, Numerical Simulation and Test of a Swirl Injector with Tangential Inlets,” Journal of Fuel and Combustion, Vol.7, 1393, pp. 26-42 (In Persian).