22169

تبخير قطرات چند‌جزئي در فشار زياد

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1399/02/07

دكتر حجت قاسمي

مكانيك

تحقيقات تئوري در زمينه 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 به دقت مدل‌هاي ارائه شده براي تبخير قطرات بستگي دارد. به همين منظور در پايان‌نامه حاضر تبخير قطرات چندجزئي در دما و فشار زياد به صورت عددي و با رويكرد گذرا مدل‌سازي شده ‌است. در فاز گاز، معادلات بقاي اجزاء، مومنتوم و انرژي، و در فاز مايع، معادلات بقاي اجزاء و بقاي انرژي با در نظر داشتن تغييرات مكاني و زماني خواص برحسب دما و فشار و با فرض تعادل فوگاسيته در سطح مشترك و معادله حالت گاز واقعي پنگ-رابينسون با رويكرد حجم محدود حل شده‌اند. ابتدا نتايج مدل‌‌سازي براي سوخت‌هاي تك و دوجزئي با فراريت مختلف و در گستره‌هاي دمايي و فشاري متنوع اعتبارسنجي شده و مشاهده گرديد كه نتايج مدل حاضر مطابقت خوبي با داده‌هاي تجربي موجود در ادبيات دارند. سپس فرآيند تبخير قطره دوجزئي تشريح و براي مطالعه تأثير فشار در دماهاي مختلف، اثر تغييرات فشار بر قطره‌ي دوجزئي هپتان-هگزادكان بررسي شد. همچنين مشاهده گرديد كه در دماي ثابت، با افزايش فشار تا 2 مگاپاسكال عمر قطره افزايش يافته ولي افزايش فشار به 5/2 مگاپاسكال، منجر به كاهش عمر قطره مي‌شود. در ادامه تاثير معادلات حالت مختلف بر پيش‌بيني عمر قطره مطالعه شد. همچنين تأثير فشار و دماي محيط بر فوق بحراني شدن دماي سطح قطره بررسي‌ گرديده و مشاهده شد كه در فشار و دماي به ‌اندازه كافي زياد، سطح قطره مي‌تواند به حالت فوق بحراني برسد. درنهايت تبخير سوخت‌ صنعتي ديزل كه به‌صورت تركيب 6 جزئي درنظر گرفته شده، در فشار زياد و محدوده دمايي متنوع مطالعه شد. افزايش دما و فشار به ترتيب سبب كاهش و افزايش عمر ديزل مي‌شود.

1399/04/09

Multi-Component droplet Vaporization At High Pressure

4/27/2022 12:00:00 AM

Theoretical research on spray evaporation and combustion processes of liquid fuel consuming engines requires the calculation of droplet evaporation rates. Estimation of the important characteristics of the engine, such as fuel consumption and emissions, depends on the accuracy of the models provided for droplet evaporation. So in this thesis, transient evaporation of multicomponent droplet at high ambient temperature and pressure condition within microgravity environment has been modeled. In the gas phase, the equations of species, momentum, and energy, and in the liquid phase, the equations of species and energy have been solved in which the spatial and temporal variations of the properties with pressure and temperature were taken into account. These governing equations have been discretized using the finite volume method. In this study, the droplet is assumed to be spherical. To consider the real gas effect, the Peng-Robinson equation of state has been employed and phase equilibrium has been estimated using the fugacity of all species in the liquid and gas phase. First, the results of the proposed model for mono- and binary-component liquid fuel droplets with a wide range of volatility in various temperatures and pressures have been validated. It was observed that the results of the present model were in good agreement with the experimental data in the literature. Then, the evaporation process of the binary-component droplet has been described, and the effect of pressure change on the evaporation of heptane-hexadecane droplet has been investigated. It was also observed that at a constant temperature, by increasing pressure up to 2 MPa the droplet lifetime was increased but further increase in pressure (up to 2.5 MPa) reduces droplet lifetime. Then the effect of different equations of state on the prediction of binary droplet lifetime was studied. Also the effect of ambient temperature and pressure on the surface temperature of the droplet was investigated. It was observed that at high enough pressure and temperature, the droplet surface could reach the supercritical condition. Finally, the diesel fuel was considered as a combination of 6 components and its evaporation was studied at high pressure and various temperature ranges. The lifetime of the diesel droplet was decreased and increased by increasing the ambient temperature and pressure, respectively.

انتقال حرارت

Heat transfer