ارزيابي فرض عدد لوييس واحد در مدلسازي رفتار تبخيري قطرات آب و سوخت

Evaluation of Unity Lewis Number Assumption in Modeling of Water and Fuel Droplets Evaporation

در بسياري از فرايندهاي مهندسي و صنعتي، استفاده از افشانه ها كاربرد فراواني دارد. در اين راستا بررسي رفتار تبخيري قطرات افشانه از اهميت بسزايي برخوردار است. يكي از فرض هايي كه در مدلسازي رفتار تبخيري قطرات افشانه مورد استفاده قرار مي گيرد، فرض عدد لوييس واحد است، كه در اين تحقيق صحت اين فرض بررسي و ارزيابي شده است. بدين منظور، معادلات انتقال جرم و انرژي براي يك تك قطره محاسبه شده اند. در اين راستا، يك قطره سوخت (هپتان نرمال) و يك قطره آب در فشار و دماي مختلف مطالعه شده اند. به منظور اطمينان از صحت محاسبات، نتايج با داده هاي آزمايشگاهي و عددي گزارش شده در مقالات مقايسه شده و هماهنگي خوبي بين نتايج مشاهده شد. زمان تبخير و دماي نهايي قطره، يك بار با درنظرگرفتن فرض لوييس واحد و يك بار بدون درنظرگرفتن اين فرض، براي سوخت مذكور و آب مقايسه شده اند. با توجه به نتايج حاصل به نظر مي رسد فرض لوييس واحد، فرض مناسبي براي مطالعه رفتار تبخيري سوخت ها نيست. اما، برخلاف سوخت ها، نتايج حاصل از اعمال فرض لوييس واحد براي قطره آب، در مقايسه با حالتي كه اين فرض اعمال نشده است، مطابقت خوبي دارد. در اين حالت دماي نهايي قطره آب به دماي حباب تر هوا نزديك تر است.

Over the recent decades, spray systems have been widely utilized in a variety of applications within the areas of engineering. In this regard, studying the evaporative behavior of droplets in spray can give us a good view point. One of the most common assumptions in droplets’ evaporation is to consider the Lewis number to be unity. In this paper the correctness of this assumption has been evaluated for water and n-Heptane single droplets. The results for droplets’ evaporation trend have been compared with some relevant experimental and numerical data. Evaporation time and droplets’ temperature have been investigated in both conditions. According to obtained results, although the unit Lewis number is not a good assumption for studying n-Heptane droplet evaporation, this assumption gives acceptable results for predicting the water droplets evaporation. Moreover, by assuming the unity Lewis number for water droplet, the calculated temperature of the droplet is close to wet bulb temperature of air.