14499

14499

مطالعه آزمايشگاهي و شبيه‌سازي عددي اتمايزشدن سيال غير نيوتنيغيرالاستيك

دكتري

فرآيند

بهمن ماه 1393

بهمن ماه 1393

دكتر سيدحسن هاشم آبادي -دكتر علي صابري مقدم

مهندسي شيمي

چكيده در اين رساله رفتار غيرالاستيك سيالات غير نيوتني در اتمايزشدن اوليه و ثانويه به شكل تجربي و عددي مطالعه شده است. جهت شبيه‌سازي، از روش مركب حجم سيال هموارسازي شده با روش شبيه‌سازي گردابه¬هاي بزرگ(LES) در نرم‌افزار متن باز اپن فوم استفاده شد. علاوه بر آن از روش مركب حجم سيال و سطوح هم¬ترازنيز به منظور بهبود نتايج استفاده شد. شكست قطره در جريان جت هواي پيوسته، با توجه به آنالوژي بين پديده¬هاي شكست اوليه (جت) و شكست ثانويه (قطره)، مطالعه شد. هموارسازي روش حجم سيال مركب با مدل LES منجر به بهبود 10 درصدي نتايج موقعيت مركز جرمي و اصلاح مورفولوژي قطرهگرديد،به شكلي كه زمان شكست غيرفيزيكي قطره، 8/0 ميلي ثانيه به تأخير افتاد. مقايسه نتايج اين روش شبيه¬سازي با نتايج شبيه-سازي با مدل اغتشاش بر مبناي متوسط¬گيري زماني (RNG) نشان داد كه استفاده از مدل LES منجر به بهبود كمي و كيفي نتايج مي¬گردد. استفاده از روش مركب حجم سيال و سطوح هم-ترازنيز منجربهبهبود 15 درصدي در تعيين مركز جرمي قطره گرديد ولي مورفولوژي ايجاد شده داراي تشابه كمي با نتايج تجربي بود. علاوه بر آن استفاده از مدل اغتشاش در اين روش نيز منجر به ايجاد خطاي بالا در نتايج اين روش گرديد. براساس نتايج مدل مركب حجم سيال هموارسازي شده با مدل LES مشخص شد كه بر اساس ويسكوزيته متوسط قطره غيرنيوتني، الگوي شكست قطرات غيرنيوتني مطابق با الگوي شكست قطرات نيوتني قابل تقسيم بندي است، با اين تفاوت كه مورفولوژي اين نوع قطرات دارايتفاوت¬هاي زيادي با مورفولوژي قطرات نيوتني است. جهت بررسي اثرات تغيير الگوي جريان داخلي انژكتور بر شكست جت، اثر اضافه شدن يك زائده در داخل انژكتور بر الگوي جت سيال غير نيوتني ويسكوپلاستيك بررسي شد. مشخص شد كه با قرار دادن اين زائده و تغيير الگوي جريان، جت سيال غيرنيوتني در فشارهاي تزريقي مي¬شكند و اسپري ايجاد مي¬شود كه كمتر از 25 درصد فشار تزريق انژكتور بدون زائده براي اين منظور است. نتايج شبيه‌سازي نيز مطابق نتايج آزمايشگاهي، اين شكست را تصديق كردند و علت آن را وجود ناحيه خلأ در پشت زائده داخل انژكتور و وارد شدن هوا به داخل انژكتور و جت سيال نشان دادند. علاوه بر اين، مطالعات تجربي نشان داد كه با استفاده از تزريق جريان گاز درون انژكتور، امكان ايجاد اسپري جت سيال غير نيوتني در فشارهاي كمتر از 10 درصد فشار تزريق انژكتورهاي فشاري نيز ميسر مي¬گردد. واژه‌هاي كليدي: اتمايزشدن، سيالات غيرالاستيك، مطالعات آزمايشگاهي، شبيه‌سازي عددي، حجم سيال، ژل، اغتشاش، اپن فوم.