مطالعه عددی تاثیر آشفتگی جریان ورودی عرضی بر مسیر و شکست پاشش جت مایع در جریان عرضی گازی

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 استادیار مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران شمال، تهران

2 استاد مهندسی هوافضا، دانشگاه تربیت مدرس، تهران

3 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

4 استاد مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل

چکیده

در این مقاله مطالعه عددی تاثیر آشفتگی جریان هوای ورودی بر روی مسیر و شکست جت مایع در جریان عرضی و سرعت و فشار جریان دو فاز در کل میدان جریان انجام گرفته است. روش عددی مورد استفاده برای گسسته سازی معادلات ناویر استوکس، روش شبیه‌سازی گردابه‌های بزرگ می‌باشد و از مدل ترکیبی حجم سیال و تعیین سطح برای مدل‌سازی دوفاز استفاده شده است. نتایج نشان داد با افزایش شدت آشفتگی، گردابه‌های موجود در میدان جریان انرژی بیشتری را در خود ذخیره می‌کنند. در نتیجه طول شکست حدودا 33% و ارتفاع شکست نیز 11% به محل شکست نزدیک می‌گردد چراکه مکانیزم شکست، متفاوت می‌شود. همچنین معادله مسیر پاشش جت، در شدت آشفتگی‌های متفاوت، تغییر چندانی نمی‌کند، که به دلیل مقدار بسیار ناچیز انرژی دینامیک موجود در نوسانات آشفتگی می باشد. همچنین مسیر جت مایع در هندسه های مختلف نازل مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن است که مسیر جت مایع برای هندسه های بیضوی و دایروی متفاوت می باشد. در ادامه معادلات مسیر جت برای دو نوع هندسه متفاوت ارائه شده است. اعتبارسنجی نشان می‌دهد، نتایج بدست آمده در این تحقیق با نتایج دیگر محققین همخوانی مطلوبی دارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Cerri G, Giovannelli A, Battisti L, Fedrizzi R (2007) Advances in effusive cooling techniques of gas turbines. Appl Therm Eng 27(4): 692-698.

[2] Guo M, Kishi R, Shi B, Ogata Y, Nishida KR (2015) Effects of cross-flow on fuel spray injected by hole-type injector for direct injection gasoline engine. Atomization Spray 25(1).

[3] Wang Q, Mondragon UM, Brown CT, McDonell VGR (2011) Characterization of trajectory, break point, and break point dynamics of a plain liquid jet in a crossflow. Atomization Spray 21(3).

[4] Yuan LL, Street RL R (1998) Trajectory and entrainment of a round jet in crossflow. Phys Fluids 10(9): 2323-2335.

[5] Aalburg C, Faeth G, Sallam KR (2005) Primary breakup of round turbulent liquid jets in uniform gaseous crossflows. In 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit (p. 734).

[6] Demuren AOR (1993) Characteristics of three-dimensional turbulent jets in crossflow. Int J Eng Sci 31(6): 899-913.

[7] Andreopoulos J, Rodi WR (1984) Experimental investigation of jets in a crossflow. J Fluid Mech 138: 93-127.

[8] Claus RW, Vanka SPR (1992) Multigrid calculations of a jet in crossflow. J Propul Power 8(2): 425-31.

[9] Farvardin E, Dolatabadi AR (2012) Breakup simulation of elliptical liquid jet in gaseous crossflow. In 42nd AIAA Fluid Dynamics Conference and Exhibit (p. 2817).

[10] Broumand M, Birouk MR (2016) Two-zone model for predicting the trajectory of liquid jet in gaseous crossflow. AIAA J 54(1): 1499-1511.

[11] Broumand M, Rigby G, Birouk MR (2017) Effect of nozzle exit turbulence on the column trajectory and breakup location of a transverse liquid jet in a gaseous flow. Flow Turbul Combust 99(1): 153-171.

[12] Najafi Marzbali S, Dolatabadi AR (2011) Near-field trajectory of circular liquid jets injected into subsonic gaseous crossflow. In 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition (p. 186).

[13] Broumand M, Birouk MR (2016) Liquid jet in a subsonic gaseous crossflow: Recent progress and remaining challenges. Prog Energ Combust 57: 1-29.

[14] Farvardin E, Johnson M, Alaee H, Martinez A, Dolatabadi AR (2013) Comparative study of biodiesel and diesel jets in gaseous crossflow. J Propul Power 29(6): 1292-1302.

[15] Broumand M, Ahmed MM, Birouk MR (2019) Experimental investigation of spray characteristics of a liquid jet in a turbulent subsonic gaseous crossflow. P Combust Inst 37(3): 3237-3244.

[16] جلیلی ب، امی ف، نورآذر س، (1396)، مطالعه تجربی عوامل موثر بر مسیر و شکست پاشش جت مایع در جریان عرضی گازی، مجله مهندسی مکانیک مدرس، 354-360، (12) 17.

[17] Ansys Fluent tutorial, theory guide.

[18] Sagaut P, Garnier E, Tromeur E, Larcheveque L, Labourasse ER (2004) Turbulent inflow conditions for large-eddy-simulation of compressible wall-bounded flows. AIAA J 42(3): 469-477.

[19] Keating A, Piomelli U, Balaras E, Kaltenbach HJ R (2004) A priori and a posteriori tests of inflow conditions for large-eddy simulation. Phys Fluids 16(12):4696-712.

[20] Song Y, Hwang D, Ahn KR (2017) Effect of orifice geometry on spray characteristics of liquid jet in Crossflow. 55th AIAA Aerospace Sciences Meeting, Texas, USA.

[21] Behzad M, Ashgriz N, Karney BWR (2016) Surface breakup of a non-turbulent liquid jet injected into a high pressure gaseous crossflow. Int J Multiphas Flow 80: 100-117.