مطالعه عددي تاثير پارامترهاي هندسي اسپري در جريان سوخت و هسته هوا در اتمايزر چرخشي فشاري انتهاي باز

Numerical Study of the Effect of Spray Geometric Parameters on Fuel Flow and Air Core in Open-end Pressure-swirl Atomizer

در اين پژوهش به بررسي عددي جريان داخلي اتمايزر فشار-چرخشي انتها باز پرداخته خواهد شد كه كاربرد زيادي در موتور توربين گازي و پيشرانه‌هاي فضايي دارد. براي شبيه‌سازي جريان داخلي اتمايزر از مدل چند فازي حجم سيال بهره گرفته‌شده است. همچنين به دليل ماهيت جريان چرخشي داخل اتمايزر از مدل توربولانسي RNG k-ε استفاده گرديد. به‌منظور دستيابي به نتايج بهتر از مش سازمان‌يافته استفاده شد. در اين پژوهش پارامتر‌هاي اسپري، نظير ضخامت فيلم مايع،‌ زاويه چتر پاشش، ضريب تخليه و كانتورهاي توزيع سرعت و فشار موردمطالعه قرار خواهد گرفت. شبيه‌سازي اتمايزر انتهاي باز با نسبت L⁄D=5 و همچنين استفاده از مش سازمان‌يافته و لحاظ كردن سوخت كروسين براي ايجاد شرايط نزديك به كاركرد توربين گازي، ازجمله مواردي بود كه پژوهش حاضر را با ديگر پژوهش‌ها متمايز مي‌سازد. همچنين نتايج نشان داد كه در فشار 5/0 مگا پاسكال زمان لازم براي رسيدن سوخت در اتمايزر مورداستفاده كمتر از 5/1 ميلي‌ثانيه بوده و نيز با روش حجم سيال علاوه بر مدل جريان‌هاي داخل اتمايزر و دست‌يابي هيدروديناميك جريان، مي‌توان وجود موج‌ها و شكست چتر پاشش و تبديل به قطرات بزرگ‌تر را مشاهده نمود. زاويه اسپري و ضريب تخليه براي اتمايزر موردبررسي به ترتيب برابر 8/74 و 17/0 ثبت گرديد.

In this research, the internal flow of open-end pressure-swirl atomizer, which has many applications in gas turbine engines and space propulsion, is investigated numerically. A multi-phase fluid volume model is used to simulate the internal flow of the atomizer. Also, due to the nature of the rotational flow inside the atomizer, the RNG k-ε turbulence model was used. Structured mesh has been used to achieve better results. In this research, spray parameters such as liquid film thickness, spray cone angle, discharge coefficient and velocity and pressure distribution contours have been studied. Simulation of an open-end atomizer with an L⁄D = 5 ratio, as well as the use of a structured mesh and the inclusion of kerosene fuel to create conditions close to the operation of a gas turbine, are among the things that differentiate the present study from other studies. The results also show that at a pressure of 0.5 MPa, the time required to reach the fuel in the atomizer used is less than 1.5 milliseconds and the failure of the to spray cone and turn into larger droplets can be observed. The spray angle and discharge coefficient for the studied atomizer were 74.8 and 0.17, respectively.