مطالعه تجربي جت مايع مستطيلي با ضريب منظري بالا در جريان گازي موازي

Experimental Investigation of a High Aspect Ratio Rectangular Liquid Jet in Parallel Airflow

در اين پژوهش، فيزيك جريان يك جت مستطيلي تزريق شده به درون جريان هواي موازي به صورت تجربي مورد مطالعه قرار گرفت. جريان جت مايع توسط يك انژكتور مستطيلي با ضخامت 0/64 ميليمتر و ضريب منظري 21 توليد شد. اين انژكتور به صورت موازي و با استفاده از يك نگهدارنده خاص براي كاهش اثرات اغتشاشي در مركز اتاقك آزمون تونل باد فروصوت قرار گرفت. به منظور شناسايي فيزيك جريان از روش سايه‌نگاري و براي ثبت تصاوير از عكسبرداري سرعت بالا استفاده شد. به منظور بررسي و تحليل فيزيك جريان، آزمايش‌ها در بازه گسترده‌اي از شرايط جريان انجام شده و تصاوير آشكارسازي ارائه شده است. در اين پژوهش عدد وبر جت و عدد وبر گاز به ترتيب بين 3 تا 120، و 0/2 تا 13 تغيير يافته‌اند. نشان داده شد كه اثرات جريان گاز باعث ايجاد موج‌هاي متناوب كماني شكل بر روي ستون جت مايع مي‌شود كه باعث تسريع شكست جت مي‌شوند. همچنين، براي اولين بار رژيم‌هاي مختلف جريان شامل رژيم ستوني، ستوني/گرانشي، كماني، كيسه و تركيبي شناسايي و معرفي شدند. يك نقشه دسته‌بندي با متغيرهاي عدد وبر گاز و نسبت مومنتوم نيز براي تفكيك اين رژيم‌ها ارئه شد. طول شكست جريان مايع نيز اندازه‌گيري شد و نتايج آن بر حسب متغيرهاي مختلف ارائه شد. نتايج نشان مي‌دهد با افزايش عدد وبر جت سيال در سرعت ثابت جريان گازي، طول شكست افزايش مي‌يابد.

In this study, the flow dynamics of a high aspect ratio rectangular liquid jet issued into parallel airflow was experimentally investigated using a proof of concept setup, a more appropriate setup will be designed for a complete study later. The liquid flow was emanated from a rectangular injector with a thickness of 0.64 mm and an aspect ratio of 21. The injector was set in the center of the test section and the effects of airflow on the liquid flow were evaluated. A particular holding mechanism was designed and built to minimize the induced perturbations on the liquid flow. To identify the physics of the liquid flow shadowgraphy technique and high-speed imaging were implemented. In order to provide a comprehensive study of the problem, the experiments were performed for a wide range of flow conditions, and flow visualizations were presented. Jet Weber number and Gas Weber number were varied from 3 to 120 and 0.2 to 12, respectively Also, five regimes of the liquid flow including column, column/gravity, arcade, bag, and multimode were recognized. A mapping with gas Weber number and momentum ratio as the determining variables was suggested to distinguish these regimes from each other. The breakup length of the liquid jet was also measured. It was found that with the increase of jet Weber number the breakup length was increased at constant gas speed. Moreover, it was revealed that the breakup length was elongated with the increase of gas Weber number.