مقایسه تجربی مشخصه‌های جریان و شکست جت‌های آب مستطیلی و بیضوی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه صنعتی امیرکبیر، دانشکده مهندسی هوافضا

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا

3 دانشگاه صنعتی امیرکبیر

چکیده

مشخصه‌های جریان جت‌های آب مستطیلی و بیضوی به صورت تجربی بررسی و مقایسه شده است. دو انژکتور مستطیلی و بیضوی با مساحت‌های خروجی یکسان و با ضریب منظری 2 مورد مطالعه قرار گرفته‌اند و همچنین از یک انژکتور دایروی به عنوان هندسه مرجع نیز استفاده شده است. از روش سایه نگاری برای آشکارسازی جریان جت بهره گرفته شده و تصاویر جریان به کمک یک دوربین سرعت بالا ثبت شده است. آزمایش‌ها برای دبی‌های جرمی بین 2 لیتر ً 1100 می‌باشد، انجام شده است. رفتار فیزیکی بر ساعت تا 120 لیتر بر ساعت که متناظر با اعداد وبر بین 5/0 تا تقریبا جریان جت‌های دایروی، مستطیلی و بیضوی در رژیم‌های مختلف با بهره‌گیری از تصاویر آشکارسازی مورد مطالعه قرار گرفته و همچنین با کمک نمودار پایداری، رفتار جت‌ها بررسی شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که جت بیضوی دارای کمترین پایداری در رژیم ریلی است و زودتر از دو جت دیگر به نقطه بحرانی می‌رسد. در حالی که نقطه بحرانی انژکتورهای دایروی و مستطیلی اختلاف کمی از همدیگر را نشان می‌دهد. همچنین پدیده تغییر محور به عنوان مهم‌ترین مشخصه فیزیکی جت‌های مستطیلی و بیضوی بررسی شده است. اندازه‌گیری‌ها نشان داد که برای هر دو هندسه، طول موج تغییر محور به صورت خطی با افزایش سرعت افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental Comparison of Breakup and Flow Characteristics of Rectangular and Elliptical Water Jets

نویسندگان [English]

  • amin jaberi 1
  • Mehran Tadjfar 2
  • Armin Sheidani 3
1 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology
2 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology
3 Department of Aerospace Engineering, Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The flow characteristics of water jets issuing from rectangular and elliptical injectors into quiescent air were experimentally investigated. Injectors were of the same cross-sectional area and a circular injector was also employed as the reference case. Digital images taken by a diffused backlight technique were processed to extract the main characteristics of the jet column at different jet velocities. The measurements were carried out for mass flow rates varying from 2 L/h to 120 L/h with small enough steps at low speeds to capture Rayleigh regime. Aside from the qualitative description of the jet flows, stability curve was plotted to make a comparison between different jets. The comparison revealed that the ellipse jet is the first one to reach the critical Weber number, while the circular jet remains laminar at higher velocities than the other two jets. Moreover, axis-switching phenomenon was carefully studied as the common characteristic of rectangular and elliptical jets. The wavelength and maximum amplitude of axis-switching were measured at different flow conditions and the results were compared. Though the axis-switching wavelength of both jets demonstrated a linear increment with Weber number, the rectangular jet was found to increase with a higher slope.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Liquid jet؛ Elliptical jet
  • Rectangular jet
  • Axis switching

مراجع

[1]   F. Savart, Mémoire sur la constitution des veines liquides lancées par des orifices circulaires en mince paroi, Ann. Chim. Phys, 53(337) (1833) 1833.
[2]  J. Plateau, Statique experimentale et theorique des liquids soumis aux seules forces moleculaires. Cited by Lord Rayleigh, Theory of Sound, Vol. II, (1945).
[3]  G. Magnus, Hydraulische untersuchungen, Annalen der Physik, 171(5) (1855) 1-59.
[4] L. Rayleigh, On the capillary phenomena of jets, in: Proc. R. Soc. London, 1879, pp. 71-97.
[5]   L. Rayleigh, On the tension of recently formed liquid surfaces, Proceedings of the Royal Society of London, 47 (1889) 281-287.
[6]  D. Bogy, Drop formation in a circular liquid jet, Annual Review of Fluid Mechanics, 11(1) (1979) 207-228.
[7] R.D. Reitz, F. Bracco, Mechanisms of breakup of round liquid jets, Encyclopedia of fluid mechanics, 3 (1986) 233-249.
[8]  C. Weber, Zum zerfall eines flüssigkeitsstrahles, ZAMM‐Journal of Applied Mathematics and Mechanics/Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik, 11(2) (1931) 136-154.
[9]   A.M. Sterling, C. Sleicher, The instability of capillary jets, Journal of Fluid Mechanics, 68(3) (1975) 477- 495.
[10]  G. Taylor, Generation of ripples by wind blowing over a viscous fluid. Reprinted in The Scientific Papers of Sir Geoffrey Ingram Taylor, Vol. 3, in, Cambridge Univ. Press, London, 1963.
[11]  M. Birouk, N. Lekic, Liquid jet breakup in quiescent atmosphere: A review, Atomization and Sprays, 19(6) (2009).
[12]   E. Gutmark, F. Grinstein, Flow control with noncircular jets, Annual review of fluid mechanics, 31(1) (1999) 239-272.
[13]   F. Wang, T. Fang, Liquid jet breakup for non-circular orifices under low pressures, International Journal of Multiphase Flow, 72 (2015) 248-262.
[14]   T. Kasyap, D. Sivakumar, B. Raghunandan, Breakup of liquid jets emanating from elliptical  orifices  at low flow conditions, Atomization and Sprays, 18(7) (2008).
[15]  T. Kasyap, D. Sivakumar, B. Raghunandan, Flow and breakup characteristics of elliptical liquid jets, International journal of multiphase flow, 35(1) (2009) 8-19.
[16]  G. Amini, A. Dolatabadi, Axis-switching and breakup of low-speed elliptic liquid jets, International Journal of Multiphase Flow, 42 (2012) 96-103.
[17]  S. Gu, L. Wang, D.L. Hung, Instability evolution of the viscous elliptic liquid jet in the Rayleigh regime, Physical Review E, 95(6) (2017) 063112.
[18]  M.R. Morad, M.M. Nasiri, Numerical Simulation of the Liquid Jet Breakup for Elliptical Orifices with Different Aspect Ratios, (2015).
[19] P. Sharma, T. Fang, Breakup of liquid jets from non- circular orifices, Experiments in fluids, 55(2) (2014) 1666.
[20]  K. Rajesh, R. Sakthikumar, D. Sivakumar, Interfacial oscillation of liquid jets discharging from non-circular orifices, International Journal of Multiphase Flow, 87 (2016) 1-8.
[21]  A. Konkachbaev, N. Morley, K. Gulec, T. Sketchley, Stability and contraction of a rectangular liquid metal jet in a vacuum environment, Fusion engineering and design, 51 (2000) 1109-1114.
[22]   E.-S.R. Negeed, S. Hidaka, M. Kohno, Y. Takata, Experimental and analytical investigation of liquid sheet breakup characteristics, International Journal of Heat and Fluid Flow, 32(1) (2011) 95-106.
[23]  S. Lin, R. Reitz, Drop and spray formation from a liquid jet, Annual Review of Fluid Mechanics, 30(1) (1998) 85-105.
نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر
دوره 51، شماره 6
بهمن و اسفند 1398
صفحه 1201-1216

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار