مطالعه عددی جریان سه بعدی داخل مجرای تخلیه اتمایزر مایع هوادهی شده در نسبت‌های هوادهی مختلف

چکیده: میدان جریان دوفازی در بالادست روزنه تخلیه اتمایزر مایع هوادهی شده، در دبی مایع 0.38 لیتر در دقیقه و در نسبت‌های دبی جرمی گاز به مایع مختلف 0.32%،0.62% و 1.24% به صورت عددی مطالعه شده است. شبیه‌سازی سه بعدی جریان داخل اتمایزر با استفاده از روش حجم سیال انجام شده است. به دلیل سرعت بالای گاز هواده در روزنه‌های خروجی لوله هوادهی، این گاز در همه نسبت‌های هوادهی به صورت گاز ایده‌آل فرض شده است. نتایج مطالعه برای هر نسبت هوادهی به صورت کانتورهای کسر حجمی گاز نیتروژن در زمان‌های مختلف و کانتورهای سرعت ارائه شده است. کانتورهای کسر حجمی گاز نیتروژن، مطابق نتایج تجربی، نشان‌‌دهنده حاکم بودن رژیم جریان حلقوی در درون مجرای تخلیه اتمایزر شبیه‌سازی شده در همه نسبت‌های هوادهی مورد بررسی است. هم‌چنین، مشاهده شد که با افزایش میزان هوادهی، علاوه بر کاهش ضخامت فیلم مایع در مجرای تخلیه، تغییرات این ضخامت در طول مجرا نیزکاهش می‌یابد. از این رو، می‌توان پیش‌بینی کرد که قطرات اسپری حاصل از اتمایزر مایع هوادهی شده در نسبت‌های هوادهی بالاتر، به دلیل کاهش ضخامت فیلم مایع در مجرای تخلیه، ریزتر بوده و به دلیل کم‌تر شدن تغییرات ضخامت فیلم مایع درون این مجرا، یکنواخت‌تر باشد.

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

Twophase 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 threedimensionally 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.