چكيده
چكيده
تحقيقات تئوري در زمينه‌ي تبخير اسپري و فرآيندهاي احتراقي موتورهاي مصرف‌كننده‌ي سوخت مايع معمولا نيازمند محاسبه‌ي نرخ تبخير قطرات است. تخمين مشخصه‌هاي مهم موتور مانند ميزان مصرف سوخت و توليد آلاينده‌ها بستگي قابل‌توجهي به دقت مدل‌هاي ارائه شده براي تبخير قطرات دارد. به‌منظور بررسي دقت اين مدل‌ها و محدوده‌ي عملكرد مناسب هريك از آن‌ها، در اين مطالعه سه رويكرد تحليلي، شبه‌پايا و كاملا گذرا با يكديگر مقايسه شده‌اند. در روي‌كردهاي شبه‌پايا و كاملا گذرا معادلات بقاي جرم، مومنتوم و انرژي در فاز گاز و معادله انرژي در فاز مايع با در نظرگرفتن تغييرات مكاني و زماني خواص به‌صورت عددي حل شده‌اند.
مشاهده شده كه نتايج حاصل از رويكرد كاملا گذرا براي قطرات تك‌جزئي و چندجزئي در فشار اتمسفريك براي سوخت‌هايي با فراريت كم و زياد و در گستره‌ي دمايي متنوع، تطابق مناسبي با داده‌هاي تجربي موجود در ادبيات دارد. به‌منظور بررسي تأثير ترم ناپايايي، روي‌كردهاي تحليلي و شبه‌پايا با رويكرد كاملا گذرا در دماهاي 500 و 800 كلوين با سه سوخت تك‌جزئي هپتان و دكان و هگزادكان مقايسه شده‌اند. با استفاده از دو معيار ناپايايي مربوط به كسر جرمي بخار سوخت و دماي سطح، ميزان شبه‌پايا بودن فرآيندهاي حرارت و نفوذ در فاز گاز بررسي شده، و ميزان انحراف دو مدل ذكر شده از رويكرد كاملا گذرا توجيه شده است. مشاهده شد كه دماي محيط و نوع سوخت تأثير زيادي در ناپايايي دارند به‌طوري‌كه با افزايش دما و سنگين‌تر شدن سوخت، ميزان انحراف دو رويكرد ذكر شده از رويكرد گذرا افزايش مي‌يابد. همچنين با بررسي قطر اوليه‌ي قطرات مشاهده شد كه رويكرد شبه‌پايا در قطرهاي كم و رويكرد تحليلي در قطرهاي بالاتر تخمين بهتري از عمر قطره را به دست مي‌دهند.
با توجه به اينكه اغلب سوخت‌هاي صنعتي رايج، چند جزئي هستند، بررسي مشابهي براي سوخت‌هاي چندجزئي نيز انجام‌گرفته‌است. با مطالعه‌ي رفتار تبخير چندمرحله‌اي اين قطرات، بازه‌ي پديده‌ي جوشش داخلي به كمك كسر جرمي فاز مايع و توزيع دماي داخل قطره به دست آمد. همچنين نتايج نشان دادند كه ترم آنتالپي نفوذ در معادلات انرژي فاز مايع، نقش مهمي در تبخير قطرات چندجزئي ايفا مي‌كند. علاوه‌براين با مقايسه‌ي دو رويكرد شبه‌پايا و گذرا براي سوخت‌هاي دوجزئي مشاهده شد كه افزايش مقدار سوخت سنگين و افزايش اختلاف فراريت اجزاي قطره، ميزان انحراف دو رويكرد را افزايش مي‌دهد. نهايتا مي‌توان گفت به كارگيري رويكرد كاملا گذرا براي بررسي تبخير قطرات، دقيق‌ترين تخمين را براي عمر و ساير ويژگي قطرات تك و چند جزئي ارائه مي‌دهد.
واژه‌هاي كليدي: تبخير قطرات، تك جزئي، چندجزئي، حل عددي، كاملا گذرا، شبه‌پايا، تحليلي
