%34تخفیف

مدلسازي پاشش متقاطع به منظور ترکيب مناسب سوخت و اکسيدکننده 

تعداد 89 صفحه  درword

کارشناسي ارشد مهندسي هوافضا (پيشرانش)

 

مدلسازي پاشش متقاطع به منظور ترکيب مناسب سوخت و اکسيدکننده 

چکيده:

روش پاشش متقاطع سوخت مايع در جريان هواي عرضي در سيستم هاي پيشرانشي از قبيل موتورهاي توربوجت و پس­سوز آنها، موتورهاي رم­جت، اسکرم­جت و خنک­کاري محفظه احتراق قابل کاربرد مي­باشد. در اين روش، تزريق سوخت از ديواره محفظه احتراق و يا شعله نگهدار به صورت عمودي انجام مي شود. در تحقيق حاضر، پاشش عمودي با استفاده از نرم­افزار Fluent و به روش عددي VOF شبيه­سازي شده است. از سيال­هاي آب مقطر، استون  و کروسن به عنوان فاز مايع استفاده شده و محدوده سرعت سوخت و هوايي که در اين پروژه در نظر گرفته شده کاملاً کاربردي بوده و مشابه شرايط گوناگون عملکردي موتور مي­باشد. با تغيير در سرعت سوخت و هوا، اثر نسبت شار مومنتوم و عدد وبر بررسي شده و براي مقايسه اثر چگالي، ويسکوزيته و کشش سطحي مي­توان نتايج حاصل از شبيه­سازي آب مقطر و استون را در نظر گرفت. در پايان نتيجه مي­شود، که افزايش نسبت شار مومنتوم باعث افزايش نفوذ عمودي شده ولي افزايش عدد وبر نفوذ عمودي را کاهش مي­دهد. قطر قطرات حاصل از شکست ثانويه  اسپري، با افزايش عدد وبر، کاهش مي­يابد. اثر ويسکوزيته در نفوذ عمودي قابل صرفنظر بوده ولي بايد به اين نکته اشاره کرد که اسپري عمودي با ويسکوزيته بالاتر، زودتر در جريان هواي افقي خم مي­شود. نتايج حاصل از شبيه­سازي انجام شده، با نتايج آزمايشات انجام شده توسط آقاي جاکوب مشابه است. در اين پروژه، علاوه بر تاثير عدد وبر و نسبت شار مومنتوم، نقطه شکست اوليه، شکست ثانويه، مکانیزم­های شکست (سطحي و ستوني)، رفتار فيزيکي جت از قبيل موجي شدن و نحوه حرکت موج روي ستون جت نيز به خوبي مدل شده است.

1-    فصل اول-پيشينه و هدف از پژوهش 1

1-1-……………………………………………………………………………….. پيشينه پژوهش 1

1-1-1-     تحقيقات صورت گرفته در رابطه با ظاهر اسپري عمودي 2

1-1-2-     تحقيقات صورت گرفته در رابطه با نفوذ اسپري 5

1-1-3-     تحليل کلي فيزيک پاشش عمودي 8

1-2-……………………………………………………………………………….. هدف از پژوهش 12

1-2-1-     مقدمه تزريق عمودي سوخت 12

1-2-2-     هدف………………………………………………………………………………….. ……………………………….. 14

1-2-3-     نوآوريهاي طرح 15

2-    فصل دوم- تعريف مفاهيم مورد نياز در زمينه اسپري 17

2-1-………………………………………………………………………. تعريف اتميزاسيون 17

2-2-…………………………………………. پارامترهاي ماکروسکوپي اسپري : 18

2-2-1-     دبي سيال 18

2-2-2-     زاويه اسپري 18

2-2-3-     ميزان نفوذ اسپري 19

2-2-4-     توزيع قطرات در اسپري 20

2-3-……………………………………………… پارامترهاي ميکروسکوپي اسپري 21

2-3-1-     مفهوم کميت اتميزاسيون 21

2-3-2-     طيف قطري ذرات در اسپري 22

2-3-3-     قطر متوسط قطرات 22

2-4-……………………………………………… مروري بر مفاهيم اوليه اسپري 24

2-4-1-     نيروهاي وارد بر قطره و تحليل پديده شکست 25

2-4-2-     عوامل موثر در شکست جت 26

2-4-3-     مراحل مختلف در پديده شکست ستون جت 27

2-5-…………………………………………………………… رژيمهاي مختلف شکست جت 28

2-6-…………………………………………………………………………….. انواع اتمايزر 31

2-6-1-     انژکتور جريان مستقيم 31

2-7-…………………………………….. اصول طراحي انژکتور جريان مستقيم 32

2-7-1-     محاسبه دبي خروجي از انژکتور 32

2-7-2-     محاسبه دبي تئوري و ضريب دبي  انژکتور 33

2-7-3-     محاسبه اختلاف فشار 34

2-7-4-     زاويه چتر پاشش 34

3-    فصل سوم- مدلسازي اسپري به روش VOF 36

3-1-……………………………………………. مقدمه جريان هاي با سطح مشترک 36

3-2-……… روش هاي شبيه سازي عددي جريان هاي با سطح مشترک 38

3-2-1-     روش هاي دنبال کننده سطح 39

3-2-2-     روش هاي تسخير کننده سطح 40

3-3-…………………………………………………………………………… روش رديابي حجم 41

3-4-……………………….. معادلات حاکم بر جريان هاي با سطح مشترک 45

3-4-1-     معادله کسر حجمي 45

3-4-2-     معادله مومنتوم 46

3-4-3-     معادله انرژي 46

4-    تحليل و اعتبارسنجي نتايج حاصل از شبيه سازي 47

4-1-………………………………………………… ابعاد و شبکه بندي ميدان حل 47

4-1-1-     سطح گذر هوا ( فاز اول ) 47

4-1-2-     هندسه انژکتور ( فاز دوم ) 48

4-1-3-     شبکه بندي ميدان حل 49

4-2- شرايط مرزي و فرضيات در نظر گرفته شده در شبيه سازي 53

4-3-………………. مشخصات سيال هاي مورد استفاده در شبيه سازي 54

4-4- مقايسه شبيه سازي در دو حالت شبکه ساده و تکنيک ريز کردن موضعي شبکه 56

4-5-…………………. مقايسه ظاهر اسپري عمودي در روش هاي مختلف 57

4-6-……………………………………………………………………. استقلال حل از شبکه 59

4-7-…………………………………………………………… رشد اسپري با گذر زمان 62

4-8-………………………………………………………………………. ميدان سرعت قطرات 62

4-9-……………………….. موجي شدن جت و جدايش قطرات با گذر زمان 63

4-10-…………………………………… تحليل مکان شکست اوليه ستون مايع 66

4-11-…………………………………………………………… اثر نسبت شار مومنتوم 70

4-12-……………………………………………………………………………….. اثر عدد وبر 72

4-13-……………………………………………………………………. محاسبه قطر قطرات 75

5-    فصل پنجم – بررسي نتايج و پيشنهادات Error! Bookmark not defined.

5-1-……………………………………………………………………………………. نتيجه گيري 77

5-2-………………………………………………… پيشبيني براي فعاليتهاي آتي 78

فهرست علائم انگليسي

نفوذ عمودي جت

سرعت

عدد وبر

نسبت شار مومنتوم

عدد رينولدز

Re

عدد اونسرگ

تغيير جرم از فاز p به q

تغيير جرم از فاز q به p

تابع رنگ

F

سطح مقطع قطره

شعاع قطره

قطر جت (قطر نازل انژکتور)

قطر قطره

فشار خارجي قطره

فشار سطحي قطره

فشار داخلي قطره

ضريب درگ وارد بر قطره

ضريب دبي انژکتور

اختلاف فشار دو طرف انژکتور

علائم يوناني

تنش سطحي

چگالي

ضريب دبي انژکتور

زاويه چتر پاشش

ضخامت فيلم چتر پاشش

کسر حجمي سيال

ويسکوزيته

 

زیرنویس ها

ورودی

in

خروجی

out

سیال 1

1

سیال 2

2

فاز هوا

a

فاز مایع

l

فهرست اشكال

شكل ‏1‑1- پروسه شکست قطرات در ستون مايع در جريان هواي عرضي [17] 6

شكل ‏1‑2- رژيم هاي مختلف شکست جت عمودي بر حسب عدد وبر [18] 7

شكل ‏1‑3- شماتيک اسپري عمودي و نيروي درگ وارد بر آن [18] 9

شكل ‏1‑4- مقادير مختلف ضريب نيروي درگ بر حسب نسبت شار مومنتوم [18] 10

شكل ‏1‑5- مقايسه اثر ويسکوزيته مايع بر نحوه خم شدن اسپري استون و هپتانون-4 [17] 11

شكل ‏1‑6- مقايسه اثر ويسکوزيته مايع بر نحوه خم شدن اسپري استون و هپتانون- 4 [17] 12

شكل ‏1‑7-  شبيه سازي شعله حاصل از تزريق عمودي اسپري هيدروژن [21] 14

شكل ‏2‑1- نمايش زاويه مخروط پاشش اسپري [22] 19

شكل ‏2‑2- ساختار و قسمتهاي مختلف يک اسپري [22] 20

شكل ‏2‑3- نحوه توزيع قطري قطرات در يک اسپري [1] 22

شكل ‏2‑4- رژيم هاي مختلف شکست جت [1] 29

شكل ‏2‑5- دياگرام اونسرگ : رژيمهاي شکست جت [1] 30

شكل ‏2‑6- انژکتور جريان مستقيم تک پايه سوخت مايع [23] 32

شكل ‏2‑7- مقايسه ضريب دبي در انژکتور جريان مستقيم با مشخصه بدون بعد متفاوت [23] 35

شكل ‏3‑1- شکل دقيق سطح مشترک بين دو سيال [24] 42

شكل ‏3‑2- توزيع تابع F حول سطح مشترک [24] 43

شكل ‏3‑3- الف- شکل دقيق، ب- استفاده از المان هاي قائم [24] 44

شكل ‏3‑4- الف- شکل دقيق به همراه توزيع تابع   Fروي آن، ب- توليد سطح با روش SOLA ، 45

ج- توليد سطح به روش PLIC [24] 45

شكل ‏4‑1- ابعاد انژکتور مورد استفاده در شبيه سازي 48

شكل ‏4‑2- ريز کردن موضعي دو مرحله اي 50

شكل ‏4‑3- ريز کردن موضعي چهار مرحله اي در شبيه سازي حاضر در خروج جت توپر 51

شكل ‏4‑4- ابعاد شبکه بندي سطح گذر هوا، قبل از شروع حل 52

شكل ‏4‑5- ميدان سرعت و نحوه ريز شدن شبکه در نواحي داراي اختلاف گراديان شديد در فاصله نزديک از محل تزريق ( ناحيه شکست ستون جت) 52

شكل ‏4‑6- شرايط مرزي هوا و سيال 53

شكل ‏4‑7- شبيه سازي اسپري بدون ريز کردن موضعي  شبکه 56

شكل ‏4‑8- شبيه سازي اسپري با استفاده از ريز کردن موضعي  شبکه 56

شكل ‏4‑9- شکست اوليه و ثانويه اسپري عمودي  [18] 57

شكل ‏4‑10- شبيه سازي اسپري عمودي، به روش VOF در تحقيق حاضر 58

شكل ‏4‑11- شبيه سازي 3 بعدي اسپري عمودي، به روش DPM ]28[ 59

شكل ‏4‑12- جت استون و نمايش خط X=4d 60

شكل ‏4‑13- محاسبه  کسر حجمي جت استون در فاصله 4 برابر قطر جت از محل پاشش – مش 50،000 60

شكل ‏4‑14- محاسبه  کسر حجمي جت استون در فاصله 4 برابر قطر جت از محل پاشش – مش 56،0000 و 91،000 61

شكل ‏4‑15- رشد اسپري آب در حالت                             62

شكل ‏4‑16- کانتور سرعت اسپري استون در حالت                              63

شكل ‏4‑17- موجي شدن ستون جت آب در ابتداي پاشش در حالت …………………… 64

شكل ‏4‑18- افزايش دامنه حرکت موج هاي سطحي روي ستون جت آب تا قبل از نقطه شکست در حالت …………………… 64

شكل ‏4‑19- حرکت موج روي ستون جت آب در شش مرحله زماني و نمايش شکست قطرات از ستون جت در مراحل 3و 4 …………………… 65

شكل ‏4‑20- شبيه سازي شکست اوليه 67

شكل ‏4‑21- مختصات نقطه شکست اوليه حاصل از شبيه سازي براي دو سيال آب و استون 67

شكل ‏4‑23- نمايش تجربي جريان هاي گردابه اي در اطراف جت مايع ]29[ 68

شكل ‏4‑24- مختصات نقطه شکست اوليه حاصل از شبيه سازي براي دو سيال آب و استون 69

شكل ‏4‑25- مقايسه طول شکست اوليه شبيه سازي شده با داده هاي تجربي مشابه 70

شكل ‏4‑26- مقايسه اثر نسبت شار مومنتوم در وبر ثابت براي دو حالت ……………….. 71

شكل ‏4‑27- نفوذ اسپري آب مايع در حالت                           72

شكل ‏4‑28- نفوذ اسپري آب مايع در حالت                           72

شكل ‏4‑29- مقايسه اثر عدد وبر براي اسپري آب در حالت  …………………….. 73

شكل ‏4‑30- مقايسه نفوذ اسپري آب با نتايج تجري در حالت …………………….. 75

شكل ‏4‑31- مقايسه نفوذ اسپري آب با نتايج تجري در حالت ……………………. 75

شكل ‏4‑32- مقايسه اثر نسبت شار مومنتوم بر قطر متوسط ساتر در حالت هاي مختلف 76

فهرست جداول

جدول ‏2‑1- مقايسه مشخصات انژکتور جريان مستقيم و گريز از مرکز [23] 34

جدول ‏4‑1- مشخصات سيال هاي مورد استفاده در شبيه سازي 55

جدول ‏4‑2- مقايسه نفوذ عمودي بدون بعد، با افزايش عدد وبر از حالت(a)   به (b) 74

نقد و بررسی‌ها

هنوز بررسی‌ای ثبت نشده است.

اولین کسی باشید که دیدگاهی می نویسد “مدلسازي پاشش متقاطع به منظور ترکيب مناسب سوخت و اکسيدکننده ”

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...
enemad-logo