تحلیل پاشش سوخت مایع در یک محفظه تبخیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

استادیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

چکیده

در جریان پاششی سوخت مایع، پدیده های مختلفی حضور دارند که در نظر گرفتن یا نگرفتن آن ها در شبیه‌سازی عددی، تاثیر زیادی بر هزینه و دقت محاسبات دارد. هدف از مقاله حاضر بررسی در نظر گرفتن یا نگرفتن پدیده‌هایی نظیر انتقال حرارت تشعشی، شکست ثانویه قطرات، گرانش و نوع مدل آشفتگی است. در این کار، پاشش قطرات سوخت مایع در هوای گرم، توسط روش اویلر- لاگرانژی مدلسازی می‌گردد. انتقال حرارت تشعشی با مدل جهات مجزا و شکست ثانویه قطرات با مدل TAB شبیه‌سازی می‌شوند. معادلات حاکم بر جریان به صورت ضمنی خطی‌سازی و به صورت مرتبه دو گسسته‌سازی شده‌اند. نتایج حاکی از آن است که در جریان پاششی تبخیری، گرانش و انتقال حرارت تشعشعی تاثیر چندانی بر توزیع جریان و توزیع قطر قطرات سوخت در محفظه تبخیری ندارد و در نظر گرفتن آن ها انتقال حرارت تشعشعی تنها سبب افزایش هزینه محاسبات می‌گردد. به علاوه، می توان از شکست قطرات صرف نظر نمود. نتایج نشان می دهند که توزیع سرعت محوری و توزیع قطر قطرات حاصل از شبیه‌سازی، تطابق قابل قبولی با داده‌های تجربی دارند. جایی که قطرات در ناحیه بازگردش قرار می‌گیرند و سرعت نسبی بالاتری بین هوای داغ و قطرات وجود دارد، قطرات بیشتری تبخیر می‌شوند.

کلیدواژه‌ها


[1] Su, K., & Zhou, C., "Numerical study of spray parametric effects on gas turbine combustion performance", ASME-PUBLICATIONS-HTD, 364  345-354, 1999.
[2] Shojaeefard, M., Ariafar, K., & Goudarzi, K., "Numerical investigation of flow in the liner of a model reverse-flow gas turbine combustor, proceedings of the institution of mechanical engineers, Part G", Journal of Aerospace Engineering, 223, 1083-1090, 2009.
[3] No S.-Y., "A review on empirical correlations for jet/spray trajectory of liquid jet in uniform cross flow", International journal of spray and combustion dynamics, 7, 283-313, 2015.
[4] Bulzan, D. L., "Velocity and drop size measurements in a swirl-stabilized, combusting spray, in:  Laser Applications in Combustion and Combustion Diagnostics", International Society for Optics and Photonics, pp. 113-122, 1993.
[5] Wu, H., Zhang, F., & Zhang, Z., "Fundamental spray characteristics of air-assisted injection system using aviation kerosene", Fuel, 286 ,119420, 2021.
[6] Poozesh, S., Akafuah, N. K., & Campbell, H. R., Bashiri, F., & Saito, K., "Experimental and mathematical tools to predict droplet size and velocity distribution for a two-fluid nozzle", Fluids, 5, 231, 2020.
[7] Tareq, M. M., Dafsari, R. A., Jung, S., & Lee, J., "Effect of the physical properties of liquid and alr on the spray characteristics of a pre-filming airblast nozzle", International Journal of Multiphase Flow, 126,103240, 2020.
[8] Sommerfeld, M., & Qiu, H.-H., "Experimental studies of spray evaporation in turbulent flow, International journal of heat and fluid flow, 19, 10-22, 1998.
[9] Loth, E., "Numerical approaches for motion of dispersed particles, droplets and bubbles", Progress in energy and combustion science, 26, 161-223, 2000.
[10] Gouesbet, G., & Berlemont, A., "Eulerian and Lagrangian approaches for predicting the behaviour of discrete particles in turbulent flows", Progress in Energy and Combustion Science, 25,133-159, 1999.
[11] Anand, G., & Jenny, P., "Stochastic modeling of evaporating sprays within a consistent hybrid joint PDF framework", Journal of computational physics, 228  2063-2081, 2009.
[12] Perini, F., & Reitz, R. D., "Improved atomization, collision and sub-grid scale momentum coupling models for transient vaporizing engine sprays", International Journal of Multiphase Flow, 79  107-123, 2016.
[13] Hoffmann, S., Holz, S., Koch, R., &
Bauer, H.-J., "Euler–Lagrangian simulation of the fuel spray of a planar prefilming airblast atomizer", CEAS Aeronautical Journal, 12, 245-259, 2021.
[14] Beale, J. C., & Reitz,  R. D., "Modeling spray atomization with the Kelvin-Helmholtz/Rayleigh-Taylor hybrid model", Atomization and Sprays, 9, 1999.
[15] Alemi, E., & Zargarabadi, M. R., Effects of jet characteristics on NO formation in a jet-stabilized combustor, International Journal of Thermal Sciences, 112  55-67, 2017.
[16] Bazdidi-Tehrani, F., Mirzaei, S., & Abedinejad, M. S., "Influence of Chemical mechanisms on spray combustion characteristics of turbulent flow in a wall jet can combustor", Energy & Fuels, 31, 7523-7539, 2017.
[17] Bafekr S. H., Shams, M., Ebrahimi, R., & Shadaram A., "Numerical simulation of pressure-swirl spray dispersion by using eulerian-lagrangian method", Journal of dispersion Science and Technology, 32, 47-55, 2010.
[18] Bazdidi-Tehrani F., Abedinejad M. S., & Yazdani-Ahmadabadi, H., Influence of Variable Air Distribution on Pollutants Emission in a Model Wall Jet Can Combustor, Heat Transfer Research, 49, 1667-1688, 2018.
[19] Abou Al-Sood M. M., & Birouk, M., "Droplet heat and mass transfer in a turbulent hot airstream", International journal of heat and mass transfer, 51 1313-1324, 2008.
[20] Sacomano Filho, F. L., Fukumasu, N. K., & Krieger G. C., "Numerical simulation of an ethanol turbulent spray flame with RANS and diffusion combustion model", Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, 35, 189-198, 2013.
[21] Patel N., & Menon S., "Simulation of spray–turbulence–flame interactions in a lean direct injection combustor", Combustion and Flame, 153, 228-257, 2008.  
[22] Bazdidi-Tehrani F., Abedinejad M. S., & Mohammadi M., "Analysis of relationship between Entropy Generation and Soot Formation in Turbulent Kerosene/Air Jet Diffusion Flames, Energy & Fuels, 33, 9184-9195, 2019.
[23] Bazdidi-Tehrani, F., & Abedinejad, M. S., "Influence of incoming air conditions on fuel spray evaporation in an evaporating chamber", Chemical Engineering Science, 8, 233-244, 2018.
[24] Faeth, G., "Evaporation and combustion of sprays", Progress in Energy and Combustion Science, 9, 1-76, 1983.
[25] Sazhin, S. S., "Advanced models of fuel droplet heating and evaporation", Progress in energy and combustion science, 32, 162-214, 2006.
[26] Zeinivand, H., & Bazdidi-Tehrani, F., "Influence of stabilizer jets on combustion characteristics and NOx emission in a jet-stabilized combustor", Applied Energy, 92, 348-360, 2012.
[27] Bazdidi-Tehrani, F., & Zeinivand, H., "Presumed PDF modeling of reactive two-phase flow in a three dimensional jet-stabilized model combustor", Energy Conversion and Management, 51, 225-23, 2010.
[28] Sirignano, W. A., "Fluid dynamics and transport of droplets and sprays", Cambridge University Press, 2010.
[29] Kollár, L. E., Farzaneh, M., & Karev, A. R., "Modeling droplet collision and coalescence in an icing wind tunnel and the influence of these processes on droplet size distribution", International Journal of Multiphase Flow, 31, 69-92, 2005.