مدل سازي تبخير قطره بيوديزل؛ تاثير شرايط كاري و تركيب سوخت

Modeling of biodiesel droplet evaporation: effects of operating conditions and fuel composition

در اين مقاله تبخير قطره بيوديزل تحت شرايط كاري مختلف به صورت عددي مطالعه شده است. مدلي رايج براي تبخير قطره سوخت هاي چندجزيي استفاده گرديده است. در اين مدل معادلات شبه پاياي فاز گاز به شكل تحليلي و معادلات انرژي و انتقال گونه هاي شيميايي فاز مايع به صورت عددي حل شده اند. زيرمدل ها براي در نظر گرفتن اثر فشارهاي زياد اصلاح شده است. معادله حالت گاز واقعي پنگ-رابينسون به كار گرفته شده و تعادل فاز با به كارگيري فوگاسيتي محاسبه شده است. هم چنين اثر فشار بر خواص ترموفيزيكي و انتقالي فاز گاز در نظر گرفته شده است. پنج بيوديزل متداول كه تركيب هاي متفاوتي از متيل استرها مي باشند، بررسي شده اند. مشاهده شده است كه تغيير در تركيب بيوديزل تفاوت زيادي در عمر قطره ايجاد نمي كند و بيشترين تفاوت نزديك به 20% مي باشد. افزايش دماي محيط به كاهش عمر قطره و شديدتر شدن گراديان دماي درون قطره منجر مي گردد. تاثير فشار محيط بر تبخير قطره در دماهاي مختلف متفاوت مي باشد. در دماهاي كم، افزايش فشار به افزايش عمر قطره مي انجامد. در حالي كه در دماهاي زياد، افزايش فشار ابتدا باعث بيشتر شدن عمر قطره و سپس كاهش آن مي گردد. افزايش سرعت اوليه پاشش قطره نيز عمر قطره را كاهش مي دهد. نتايج نشان مي دهند كه در فشارهاي زياد، دماي قطره به دماي بحراني نزديك شده و دقت مدل با تقريب فاز گاز شبه پايا كاهش مي يابد. شعاع تاثير بخار سوخت بر محيط با افزايش دما بزرگ تر و با افزايش فشار كوچك تر مي‌گردد.

In this study evaporation of biodiesel droplet under different operating conditions is investigated. The model is a common droplet vaporization model for multicomponent fuels. In this model, gas phase quasi-steady equations are solved analytically and energy and species transport equations in liquid phase are solved numerically. The sub-models are modified to consider high pressure effects. Peng-Robinson equation of state is used for gas phase and phase equilibrium is determined using fugacity. Effects of pressure on the thermophysical and transport properties of gas phase are considered. Five biodiesels with different composition are studied. These biodiesels have different composition of methyl esters. Biodiesel composition shows little effect on droplet lifetime and maximum difference is about 20%. It is observed that increasing ambient temperature leads to decrease in droplet lifetime and increases temperature gradient inside droplet. Ambient pressure has different effects on droplet vaporization behavior at different ambient temperature. At lower temperature environment, increasing pressure increases the droplet lifetime while at higher temperatures droplet lifetime first increases and then decreases with pressure. Increasing initial velocity of droplet reduces the droplet lifetime. Results show that at high pressures, droplet temperature reach to values near to critical temperature and accuracy of quasi-steady approximation decreases. Radius of vapor influenced sphere increases with temperature and decreases with pressure.