مطالعه تجربی ضخامت فیلم مایع حاصل از برخورد اسپری با یک سطح جامد

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی، دانشگاه صنعتی شریف، دانشکده مهندسی هوافضا

2 پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی

چکیده

 در پژوهش پیش ­رو، فیزیک برخورد افشانه با سطح جامد در دمای محیط مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌‌ها نشان می‌دهد که در دبی‌های حجمی بالای افشانه یک لایه مایع بر روی سطح جامد تشکیل می‌شود. در صورتی که ضخامت لایه مایع زیاد باشد، در کاربردهای احتراقی، می‌تواند منجربه احتراق ناقص سوخت در محفظه احتراق شود. ضخامت لایه مایع به پارامترهای زیادی، نظیر دبی حجمی سیال، فاضله نازل تا سطح و مود شکست افشانه، بستگی دارد. در یک مطالعه­ تجربی، مقدار ضخامت متوسط لایه مایع حاصل از برخورد افشانه با سطح جامد توسط روش سایه­نگاری اندازه­گیری شده است. انژکتور جدید و طراحی­شده مورد استفاده، که انژکتور جریان پراکنده نام دارد، دارای بازدهی مناسبی نسبت­به دیگر انژکتورهای هوادمشی است و اختلاف فشار هوا و دبی لازم برای عملکرد این انژکتور پایین است. ضخامت لایه مایع حاصل از برخورد افشانه با سطح در شرایط مختلف اندازه­گیری شده است. نتایج نشان می­دهد که اندازه ضخامت متوسط لایه مایع با تغییر پارامترهایی نظیر دبی حجمی سیال مایع و گاز و فاصله نازل تا سطح تغییر  می­کند و این ضخامت در بازه بین 40 تا 220 میکرومتر در شرایط مختلف متغیر است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Experimental study of liquid film thickness formed by spray impingement on a solid surface

نویسندگان [English]

  • Mohammad Reza Morad 1
  • Alireza Ramezani 2
1 Faculty Member, Aerospace Engineering Department, Sharif University of Technology, Tehran Iran
2 Space Transportation Research Institute, Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
چکیده [English]

Spray impingement on a solid surface has been studied. A flow blurring injector is used to atomized the liquid. In this type of injector, a back flow of air penetrates into the liquid orifice at the orifice exit just before the injection surface. The remained air flow rate also squeezes the two phase flow at the orifice exit. Here, the film thickness formed by the impingement of the spray with a thin wall is measured using imaging techniques. The results showed that in the high volumetric liquid flow rate there is a liquid film on solid surface which can lead to incomplete combustion. There are many parameters which can affect the liquid film on the surface like: liquid and gas flow rate and distance from nozzle to surface. In this study it is intended to measure and analyze the liquid film which is formed by the spray of the novel injector named flow blurring injector and investigate the effect of aforementioned parameters.

کلیدواژه‌ها [English]

  • spray
  • liquid film
  • flow blurring injector
  1. T. Anderson and I. Mudawar, “Microelectronic cooling by enhanced pool boiling of a dielectric fluorocarbon liquid,” Journal of Heat Transfer, Vol. 111, 1989, pp. 752-759.
  2. I. Mudawar, “Recent advances in high-flux, two-phase thermal management,” Journal of Thermal Science and Engineering Applications, Vol. 5, 2013, , pp. 1-15.
  3. I. Mudawar, “Assessment of high-heat-flux thermal management schemes,” IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies, Vol. 24, 2001, pp. 122-141.
  4. A. H. Lefebvre, Atomization and Sprays, Hemisphere Pub, Corp., New York, 1989.
  5. D. E. Tilton and C. L. Tilton, High heat flux evaporative spray cooling, ed: Google Patents, USA, Parker Intangibles LLC, 1993.
  6. J. Yang, L. Chow, M. Pais and A. Ito, “Liquid film thickness and topography determination using Fresnel diffraction and holography,” EXPERIMENTAL HEAT TRANSFER An International Journal, Vol. 5, 1992, pp. 239-252.
  7. W. Mathews, C. F. Lee and J. E. Peters, “Experimental investigations of spray/wall impingement,” Atomization and Sprays, Vol.  13, 2003, pp. 223-242.
  8. A. Pautsch and T. Shedd, “Adiabatic and diabatic measurements of the liquid film thickness during spray cooling with FC-72,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 49, 2006, pp. 2610-2618.
  9. S. S. Hsieh, G. W. Chen and Y. F. Yeh, “Optical flow and thermal measurements for spray cooling,” International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 87, 2015, pp. 248-253.
  10. E. Martínez-Galván, R. Antón, J. C. Ramos and R. Khodabandeh, “Influence of surface roughness on a spray cooling system with R134a. Part I: Heat transfer measurements,” Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 46, 2013, pp. 183-190.
  11. J. Xie, R. Zhao, F. Duan and T. Wong, “Thin liquid film flow and heat transfer under spray impingement,” Applied thermal engineering, Vol. 48, 2012, pp. 342-348.
  12. X. Q. Chen, L. Chow and M. Sehmbey, “Thickness of film produced by pressure atomizing nozzles,” 30th Thermophysics Conference, San Diego, CA, USA, 1995.
  13. J. y. Jia, Y. x. Guo, W. d. Wang and S. r. Zhou, “Modeling and experimental research on spray cooling,” 2008 Twenty-fourth Annual IEEE Semiconductor Thermal Measurement and Management Symposium, pp. 118-123, San Jose, CA, USA 2008.
  14. R. K. Sharma, C. E. Bash and C. D. Patel, “Experimental investigation of heat transfer characteristics of inkjet assisted spray cooling,” ASME 2004 Heat Transfer/Fluids Engineering Summer Conference, pp. 479-486, Charlotte, North Carolina, USA, 2004.
  15. F. Schulz and F. Beyrau, “The effect of operating parameters on the formation of fuel wall films as a basis for the reduction of engine particulate emissions,” Fuel, Vol. 238, 2019, pp. 375-384.
  16. L. Allocca, M. Lazzaro, G. Meccariello and A. Montanaro, “Schlieren visualization of a GDI spray impacting on a heated wall: Non-vaporizing and vaporizing evolutions,” Energy, Vol. 108, 2016, pp. 93-98.
  17. H. Mirzabe, M. Bazazzadeh and H. Janipoor, “Numerical investigation of the effect of the back pressure and orifice  length to diameter ratio on liquid film thickness and angle of spray in liguid fuel swirl injector “, Mechanical engineering national conference, Shiraz university, Safashahr kharazmi international institue, 2015 .(in persian)
  18. A. M. Gañán-Calvo, “Enhanced liquid atomization: From flow-focusing to flow-blurring,” Applied Physics Letters, Vol.  86, 2005, pp. 1-3.
  19. M. Jafari, Experimental study of spray cooling of a heated wall, Msc Thesis, Department of Aerospace Engineering, Sharif  university of technology, 2020. (in persian)