مطالعه عددي جريان سه بعدي داخل مجراي تخليه اتمايزر مايع هوادهي شده در نسبت‌هاي هوادهي مختلف

Numerical study of the 3D internal flow field of effervescent atomizer at different aeration levels

چكيده: ميدان جريان دوفازي در بالادست روزنه تخليه اتمايزر مايع هوادهي شده، در دبي مايع 0.38 ليتر در دقيقه و در نسبت‌هاي دبي جرمي گاز به مايع مختلف 0.32%،0.62% و 1.24% به صورت عددي مطالعه شده است. شبيه‌سازي سه بعدي جريان داخل اتمايزر با استفاده از روش حجم سيال انجام شده است. به دليل سرعت بالاي گاز هواده در روزنه‌هاي خروجي لوله هوادهي، اين گاز در همه نسبت‌هاي هوادهي به صورت گاز ايده‌آل فرض شده است. نتايج مطالعه براي هر نسبت هوادهي به صورت كانتورهاي كسر حجمي گاز نيتروژن در زمان‌هاي مختلف و كانتورهاي سرعت ارائه شده است. كانتورهاي كسر حجمي گاز نيتروژن، مطابق نتايج تجربي، نشان‌‌دهنده حاكم بودن رژيم جريان حلقوي در درون مجراي تخليه اتمايزر شبيه‌سازي شده در همه نسبت‌هاي هوادهي مورد بررسي است. هم‌چنين، مشاهده شد كه با افزايش ميزان هوادهي، علاوه بر كاهش ضخامت فيلم مايع در مجراي تخليه، تغييرات اين ضخامت در طول مجرا نيزكاهش مي‌يابد. از اين رو، مي‌توان پيش‌بيني كرد كه قطرات اسپري حاصل از اتمايزر مايع هوادهي شده در نسبت‌هاي هوادهي بالاتر، به دليل كاهش ضخامت فيلم مايع در مجراي تخليه، ريزتر بوده و به دليل كم‌تر شدن تغييرات ضخامت فيلم مايع درون اين مجرا، يكنواخت‌تر باشد.

Two-phase flow field upstream of the discharge orifice of effervescent atomizer has been numerically studied at 0.38 L/min liquid flow rate and different gas to liquid mass ratios of 0.32%, 0.62%, and 1.24%. The internal flow of the atomizer has been three-dimensionally simulated using the volume of fluid method. Aeration gas is considered as an ideal gas at all aeration levels due to the high velocity of it at the exits of the aerating tube. At any aeration level, the simulation results have been represented by the contours of nitrogen volume fraction at different times and the contours of velocity. At all considered aeration levels, according to experimental results, the contours of nitrogen volume fraction show the annular flow regime is dominant in the discharge passage of the simulated atomizer. Also, by increasing the aeration level, both the liquid film thickness in the discharge passage and changes of it along the passage will be decreased. Therefore, it can be expected the spray of the effervescent atomizer at high aeration levels be finer due to a reduction of the liquid film thickness in the discharge passage and more uniform due to fewer changes in the liquid film thickness in this passage.