شبيه سازي عددي جريان دو فازي داخلي اتمايزر گازدار به كمك مدل حجم سيال

Numerical simulation of two-phase flow within an effervescent atomizer using volume of fluid model

در تحقيق حاضر جريان دوفازي داخل اتمايزر گازدار، در نسبت‌هاي دبي جرمي گاز به مايع 0.08%، 0.32%، 1.24% و 4.9% و دبي مايع 0.38 L/min، به كمك مدل تعقيب سطح مشترك حجم سيال شبيه‌سازي شده است. هدف از اين شبيه‌سازي بررسي رژيم‌هاي جريان دوفازي داخل اتمايزر گازدار و تآثير آن بر كيفيت اتميزاسيون و همين‌طور بررسي ناپايداري‌هاي سطح مشترك مايع- گاز در رژيم‌هاي مختلف جريان دوفازي داخل اتمايزر مي‌باشد. با توجه به بالا بودن سرعت فاز گازي در دبي مايع ثابت و نسبت‌هاي دبي جرمي گاز به مايع بالا، اثر تراكم‌پذيري فاز گازي، كه در مطالعات قبلي لحاظ نشده، در نسبت دبي جرمي گاز به مايع 1.24% و 4.9% در نظر گرفته شده است. همين‌طور در تمام شبيه‌سازي‌ها، اثر نيروي گرانشي لحاظ شده است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهند كه با افزايش دبي جرمي گاز به مايع، رژيم جريان دوفازي داخل مجراي تخليه اتمايزر گازدار از رژيم جريان حبابي با حباب‌هاي كشيده به رژيم جريان حلقوي انتقال مي‌يابد. همين‌طور با انتقال رژيم جريان از رژيم جريان حبابي به رژيم جريان حلقوي، ضمن كاهش ضخامت فيلم مايع خارج شونده از روزنه تخليه، ناپايداري هاي سطح مايع در رژيم جريان حلقوي افزايش يافته و ليگامنت‌هاي جدا شده از سطح مايع كوتاه‌تر، باريك‌تر و ناپايدارتر مي‌شوند. اين نوع رژيم جريان براي اتمايزر گازدار بسيار مؤثر مي باشد.

In the present study two-phase flow within the effervescent atomizer has been simulated by the volume of fluid interface tracing model using 0.08%, 0.32%, 1.24%, and 4.9% gas-to-liquid mass ratios and 0.38 L/min liquid flow rate. The purpose of this simulation is to study two-phase flow regimes within the effervescent atomizer and their effect on the atomization quality. This study also considers the gas-liquid interface instabilities in different two-phase flow regimes inside the atomizer. The compressibility of gas phase, which is not considered in previous researches, is included in this study with the gas-to-liquid mass ratios of 1.24% and 4.9%, due to the high gas phase velocity in constant liquid flow rate and high gas-to-liquid mass ratios. The effect of gravitational force is considered in all simulations. The results of the simulation indicate that by increasing the gas-to-liquid mass ratio, the two-phase flow regime inside the discharge passage transfers from bubbly flow regime with long bubbles to annular flow regime. In addition to decreasing the liquid film thickness coming out from discharge orifice (during transform of the flow regime from bubbly flow to annular flow), the liquid interface instabilities increase in the annular flow regime and segregated ligaments from the liquid interface become shorter, thinner and more unstable. This type of regime is the most efficient flow behavior for the effervescent atomizer.