بررسی فیزیک پایه جت‌های مایع دو بعدی تزریق شده به درون جریان هوای ساکن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 Hafez ave.

2 صنعتی امیرکبیر*مهندسی هوافضا

چکیده

فیزیک جریان جت‌های مایع دو بعدی تزریق شده به درون جریان هوای ساکن به صورت تجربی مورد مطالعه قرار گرفته است. از سه انژکتور با ضخامت 35 / 0 میلیمتر و با ضرایب منظری 30 ، 60 و 90 برای ایجاد جریان مایع دو بعدی بهره گرفته شده است. آزمایش‌ها در بازه گسترده‌ای از دبی حجمی، بین 10 تا 120 لیتر بر ثانیه انجام شده و تصویربرداری سرعت بالا برای آشکارسازی و ثبت ساختار لحظه‌ای جریان مایع دو بعدی استفاده شده است. به کمک تصاویر آشکارسازی، رفتار جریان جت دو بعدی در رژیم‌های مختلف شناسایی و برای اولین بار در چهار گروه دسته‌بندی شده است. این چهار گروه شامل رژیم قطر هچکان، رژیم ستونی، رژیم مثلثی و رژیم حفره‌ای می‌شود. همچنین پارامترهای مختلف صفحه جت مایع دو بعدی همچون زاویه همگرایی جت، طول همگرایی جت، سرعت عقب‌نشینی صفحه مایع و طول شکست جت اندازه‌گیری شده است. نتایج به دست آمده نشان داد که طول همگرایی جت با افزایش ضریب منظری جت افزایش پیدا می‌کند. همچنین دیده شد که زاویه همگرایی و سرعت عقب‌نشینی جت مستقل از ضریب منظری جت است و برای همه انژکتورها رفتار یکسانی دارد. براساس نتایج تجربی به دست آمده، روابط تجربی برای پارامترهای مختلف جریان ارائه شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study on the Base Flow of Two-Dimensional Liquid Jets Injected Into Quiescent Air

نویسندگان [English]

  • amin jaberi 1
  • Mehran Tadjfar 2
1 Hafez ave.
2 Amirkabir University of Technology
چکیده [English]

The flow dynamics of two-dimensional liquid jets issued into still air were experimentally studied. Three injectors with a thickness of 0.35 mm and aspect ratios of 30, 60 and 90 were used. The experiments were performed for volume flow rates ranging from 10 to 120 liter per hour. High speed photography was employed for capturing physics of the jet flows. The flow development of two-dimensional liquid jets was categorized into four groups including 1) dripping regime, 2) column regime, 3) triangular regime, and 4) perforation regime. Also, different parameters of liquid sheet such as convergence angle, convergence length, and retraction velocity were also measured. The obtained results showed that the convergence length of the jets increases with aspect ratio. Furthermore, it was revealed that the convergence angle and retraction velocity were independent of the aspect ratio. Based on the experimental data, several empirical relations were developed for description of different flow parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • fuel spray
  • Two-dimensional jets
  • Liquid jet breakup
  • liquid injection
[1]  X. Hu, A. Jacobi, The intertube falling film: Part 1— Flow characteristics, mode transitions, and hysteresis, Journal of heat transfer, 118(3) (1996) 616-625.
[2]  P. Barq, J. Haudin, J.F. Agassant, H. Roth, P. Bourgin, Instability Phenomena in Film Casting Process: Experimental and Numerical Approaches, International Polymer Processing, 5(4) (1990) 264-271.
[3]  B. Stapper, W. Sowa, G. Samuelsen, An experimental study of the effects of liquid properties on the breakup of a two-dimensional liquid sheet, in: ASME 1990 International Gas Turbine and Aeroengine Congress and Exposition, American Society of Mechanical Engineers, 1990, pp. V003T006A032.
[4]  S.J. Weinstein, K.J. Ruschak, Coating flows, Annu. Rev. Fluid Mech., 36 (2004) 29-53.
[5] N. Dombrowski, R. Fraser, A photographic investigation into the disintegration of liquid sheets, Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences, 247(924) (1954) 101-130.
[6]  H. Squire, Investigation of the instability of a moving liquid film, British Journal of Applied Physics, 4(6) (1953) 167.
[7]  N. Dombrowski, W. Johns, The aerodynamic instability and disintegration of viscous liquid sheets, Chemical Engineering Science, 18(3) (1963) 203-214.
[8]  D. Brown, A study of the behaviour of a thin sheet of moving liquid, Journal of fluid mechanics, 10(2) (1961) 297-305.
[9]  N. Clarke, Two-dimensional flow under gravity in a jet of viscous liquid, Journal of Fluid Mechanics, 31(3) (1968) 481-500.
[10]  K. Adachi, Laminar jets of a plane liquid sheet falling vertically in the atmosphere, Journal of non-newtonian fluid mechanics, 24(1) (1987) 11-30.
[11] C.K. Aidun, Mechanics of a free-surface liquid film flow, Journal of applied mechanics, 54(4) (1987) 951- 954.
[12] J. Ramos, Planar liquid sheets at low Reynolds numbers, International journal for numerical methods in fluids, 22(10) (1996) 961-978.
[13] G. Coppola, F. De Rosa, L. de Luca, Surface tension effects on the motion of a free-falling liquid sheet,  Physics of Fluids, 25(6) (2013) 062103.
[14] M. Song, G. Tryggvason, The formation of thick borders on an initially stationary fluid sheet, Physics of Fluids, 11(9) (1999) 2487-2493.
[15] G. Sünderhauf, H. Raszillier, F. Durst, The retraction of the edge of a planar liquid sheet, Physics of Fluids, 14(1) (2002) 198-208.
[16] N. Rizk, A. Lefebvre, The influence of liquid film thickness on airblast atomization, Journal of Engineering for Power, 102(3) (1980) 706-710.
[17] A. Mansour, N. Chigier, Dynamic behavior of liquid sheets, Physics of Fluids A: Fluid Dynamics, 3(12) (1991) 2971-2980.
[18] I. Carvalho, M. Heitor, D. Santos, Liquid film disintegration regimes and proposed correlations, International journal of multiphase flow, 28(5) (2002) 773-789.
[19] A. Lozano, F. Barreras, C. Siegler, D. Löw, The effects of sheet thickness on the oscillation of an air-blasted liquid sheet, Experiments in fluids, 39(1) (2005) 127- 139.
[20] I. Oshima, A. Sou, Longitudinal oscillation of a liquid sheet by parallel air flows, International Journal of Multiphase Flow, 110 (2019) 179-188.
[21] A. Jaberi, M. Tadjfar, Flow Characteristics of Water Jets Discharging from Rectangular and Elliptical Injectors, in: ASME 2018 5th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting, American Society of Mechanical Engineers, 2018, pp. V003T018A001.
[22] a. jaberi, M. Tadjfar, A. Sheidani, Experimental Comparison of Breakup and Flow Characteristics of Rectangular and Elliptical Water Jets, Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, (2018) (In Persian).