بررسی عددی مشخصات افشانه حاصل از انژکتور دوپایه ترکیب داخلی دو فاز به کمک روش لاگرانژی

نویسندگان

1 آیرودینامیک، گروه هوافضا، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

2 دانشگاه تربیت مدرس - دانشکده مکانیک

چکیده

 در این پژوهش، مطالعه عددی بر روی مشخصات افشانه یک انژکتور دوپایه ترکیب داخلی دو فاز به کمک روش لاگرانژی در فضای گسسته صورت گرفته­ است. برای بررسی انژکتور، معادلات اویلری برای جریان دوفازی داخل انژکتور و معادلات لاگرانژی برای مدلسازی جریان دوفازی خارج انژکتور به کار گرفته­شده و از روش توربولانسیK-ɛ برای تعیین انرژی توربولانس استفاده شده ­است. در این پژوهش آب به جای سوخت و نیتروژن به عنوان فاز گازی انتخاب شده و با تنظیم نسبت دبی جرمی نیتروژن به آب  معادل32/0 و متعاقب آن بدست آمدن زاویه پاشش 26درجه، مشخصات قطرات بررسی شده و با نتایج روش ماکزیمم آنتروپی مورد مقایسه قرار گرفته ­است. سپس مشخصات ذرات با تغییر مقادیر ورودی فازهای مایع و گازی بررسی شده و بر اساس آن امکان بهینه­ سازی انژکتور برای شرایط راندمان حداکثری از منظر قطر قطرات، سرعت قطرات و میزان نفوذ با مدلسازی عددی و با نیاز حداقلی به نتایج تجربی فراهم شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical study on spray characteristic of double phases internal mix atomizer with Lagrangian approach

نویسندگان [English]

  • Alireza Mohammadi 1
  • فتح اله امی 2
1 Aerodynamic, Aerospace group, Mechanic department, TMU
چکیده [English]

This paper presents numerical study on spray characteristics and droplet distribution by using Lagrangian method in the discrete phase model of CFD. A two-fluid Eulerian method and Lagrangian approach is selected for modeling two phases turbulence flow in mixing chamber and atomization at outlet of nozzle while turbulence has been modeled by K-ɛ. In this study, water has been used instead of fuel and Nitrogen instead of atomization gas or oxidizer, while their ratio has been considered 0.32 to provide 26 degrees cone angle and this way, droplet‘s characteristic has been studied and compared with maximum entropy methods. Then droplet‘s diameter has been investigated by changing liquid and gas phase flow rateand based on that, we can optimize atomizer ‘s working condition with maximum efficiency with respect to its cone angle, droplet ‘s diameter and velocity and level of penetration by minimum need of experimental tests.

کلیدواژه‌ها [English]

  • spray
  • Internal mix atomizer
  • Lagrangian Method
  • Turbulence
  • Liquid break up
  • droplet dimension and velocity

[1]      موحدنژاد، احسان، 1389، ((بررسی شکست افشانه با استفاده از مدل ماکزیمم انتروپی))، رساله دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

[2]    Suresh Lal, A. Kushari, M. Gupta, J.C Kapoor and S. Maji, 2010. “Experimental study of an air-assisted mist generator”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 34, pp. 1029-1035.

[3]    Huimin Liu, 2000. “Science and engineering of droplets: fundamentals and applications”, Noyes Publications.

[4]    J. Shinjo, A. Umemura, Simulation of liquid jet primary breakup: Dynamics of ligament and droplet formation, international journal of multiphase Flow, Vol. 36,  No. 7, pp. 513-532, 2010

[5]    J. Shinjo, A. Umemura, Surface instability and primary atomization characteristics of straight liquid jet sprays, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 37,  No. 10, pp. 1294-1304, 2011

[6]    S. Nukiyama, Y. Tanasawa, Experiments on the atomization of liquids in an air stream, 1939.

[7]    G. Lorenzetto, A. Lefebvre, Measurements of drop size on a plain-jet airblast atomizer, AIAA Journal, Vol. 15, No. 7, pp. 1006-1010, 1977.

[8]    H. Eroglu, N. Chigier, Z. Farago, Coaxial atomizer liquid intact lengths, Physics of Fluids A: Fluid Dynamics (1989-1993), Vol. 3, No. 2, pp. 303-308, 1991.

[9]    C. Engelbert, Y. Hardalupas, J. Whitelaw, Breakup phenomena in coaxial airblast atomizers, in Proceeding of, The Royal Society, pp. 189-229.

[10] W. Mayer, R. Branam, Atomization characteristics on the surface of a round liquid jet, Experiments in fluids, Vol. 36, No. 4, pp. 528-539, 2004.

[11] C. Varga, J. C. Lasheras, E. Hopfinger, Initial breakup of a small-diameter liquid jetby a high-speed gas stream, Journal of Fluid Mechanics, Vol. 497, pp. 405-434, 2003.

[12] E. Villermaux, P. Marmottant, J. Duplat, Ligament-mediated spray formation, Physical review letters, Vol. 92, No. 7, pp. 074501, 2004.

[13] H.-F. Liu, W.-F. Li, X. Gong, X.-K. Cao, J.-L. Xu, X.-L. Chen, Y.-F. Wang, G.-S. Yu, F.-C. Wang, Z.-H. Yu, Effect of liquid jet diameter on performance of coaxial two-fluid airblast atomizers, Chemical Engineering and Processing: Process Intensification, Vol. 45, No. 4, pp. 240-245, 2006.

[14] A. A. Baharanchi, A. N. Darus, M. Ansari, E. A. Baharanchi, An optimum method of capturing interface and a threshold Weber number for inclusion of surface tension force in simulation of nozzle internal flow in pressure swirl atomizers, in Proceeding of, American Society of Mechanical Engineers, pp. 135-146.

[15]    موسوی، سید حسین، 1393 ((توسعه مدل ماکزیمم آنتروپی جهت بررسی شکست افشانه انژکتور دوپایه ))، رساله دکتری، دانشکده مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس

[16] K. Sallam, Z. Dali, G. Faeth, Liquid breakup at the surface of turbulent round liquid jets in still gases, International journal of Multiphase Flow, Vol. 28, No. 3, pp. 427-449, 2002.

[17]       L. A.H, Atomization and sprays, Washington, DC: Hemisphere Publishing Corporation, 1989.

[18] C. Baumgarten, Mixture Formation in internal Combustion Engines, pp. 294, Berlin: Springer, 2006.

 

[19] E.-S. R. Negeed, S. Hidaka, M. Kohno, Y. Takata, Experimental and analytical Investigation of liquid sheet breakup characteristics, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 32, No. 1, pp. 95-106, 2011

[20] Feras, Z. Batarseh, Markus GnirB, Ilia, V. Roisman and Cameron Tropea, 2009. “Fluctuations of a spray generated by an air blast atomizer”, Experiments in Fluids, Vol. 46, pp. 1081-1091

[21] Yakhot V, Orzag S A. Renormalization group analysis of turbulence: basic theory [J]. J Scient Comput, 1986, 1: 39-51

[22] Pipatpong Watanawanyoo, Hiroyuki Hirahara, Hirofumi Mochida, Teruyuki Furukawa, Masanori Nakamura and Sumpun Chaitep, 2011. “Experimental investigations on spray characteristics in twin-fluid Atomizer”, Procedia Engineering, Vol. 24., pp. 866-872., Elsevier Publisher.

[23] R.D.Reitz, Mechanisms of atomization processes in high-pressur evaporizing sprays, Atomization Spray,Vol.3,No.8,309-337(1987

[24] A. Kushari, Y. Neumeier and O. Is, Internally Mixed Liquid Injector for Active Control of Atomization Process, J. Propul.Power,Vol.17, No. 4,878-882(2001)

[25] S.Chen,Y.Fan,Z.Yan,W.WangandCLu,CFDsimulationofgas–solidtwo-phaseflow and mixing inaFCCriserwithfeedstockinjection,PowderTechnol.,Vol. 287, 29-42 (2016

[26] C.Cheng, H.X. Li,Y.C. Feng and Y. Feng, Application of discrete element method in numerical simulation of swirl nozzle,J. Eng.Thermo phys, Vol.36, No.10,2183-2187(2015).

[27] M. Gnirß, I.V. Roisman, C. Tropea, 2009. “Fluctuations of a spray generated by an airblast atomizer” Experiments in Fluids, Vol. 46, pp.1081–1091.