متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از رساله: خانم زهرا علیزاده کاکلر، گروه آموزشی تبدیل انرژی

خلاصه خبر: شبیه سازی میدان جریان داخلی یک انژکتور نیروگاهی و مطالعه ناپایداری خطی ورقه حلقوی مایع خارج شونده از اتمایزر مایع هوادهی شده

  • عنوان: شبیه سازی میدان جریان داخلی یک انژکتور نیروگاهی و مطالعه ناپایداری خطی ورقه حلقوی مایع خارج شونده از اتمایزر مایع هوادهی شده
  • ارائه‌کننده: خانم زهرا علیزاده کاکلر
  • استاد راهنما: دکتر محمدرضا انصاری
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر کیومرث مظاهری
  • استاد ناظر داخلی دوم: دکتر علی جعفریان دهکردی
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر مهدی اشجعی
  • استاد ناظر خارجی دوم: دکتر رضا ابراهیمی
  • نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر کیومرث مظاهری
  • مکان: سالن 351
  • تاریخ: 97/07/04
  • ساعت: 13:30

چکیده: عملكرد انژكتورهاي سوخت روي راندمان احتراق، انتشار آلايندهها و ناپايداري احتراق در موتور توربينهاي گازي، موتورهاي احتراق داخلي و كورههاي صنعتي تأثيرگذار است. در اين سيستمهاي احتراقي، براي اتميزاسيون سوخت عمدتاً از اتمايزرهاي فشاري، فشاري چرخشي و يا دو سيالي استفاده ميشود. از اين ميان، اتمايزرهاي دو سيالي به دليل مزيتهايي از قبيل نياز به فشار پايينتر سوخت، اسپري ريزتر و انتشار كمتر آلودگي، به صورت گسترده بكار ميروند. اتمايزر مایع هوادهی شده در دسته اتمايزرهاي دو سيالي اختلاط داخلي قرار میگيرد كه بر خلاف ساير انواع اتمايزرهاي دو سيالي، گاز اتمايزر براي تشكيل مخلوط دوفازي در بالادست روزنه تخليه به درون مايع تزريق ميشود. مكانيزم جريان داخلي اتمايزر مایع هوادهی شده باعث شده است كه اين نوع اتمايزر نسبت به اتمايزرهاي تك سيالي و ساير اتمايزرهاي دوسيالي برتريهايي داشته باشد كه منجر به توجه خاص به اين نوع اتمايزرها در دهههاي اخير شده است. در این نوع اتمایزرها، جریان دوفازی گاز- مایع درون اتمایزر نقش مهمی در تعیین عملکرد آن دارد در حالی که درک فعلی از جریان داخلی اتمایزر مایع هوادهی شده نسبتاً محدود است. همینطور از میان رژیمهای جریان دوفازی داخلی اتمایزر مایع هوادهی شده تنها رژیم جریان حلقوی، به دلیل ایجاد اسپری ریز و پایدار، در کاربردهای پاشش سوخت مناسب است. از این رو در بخش اول پژوهش حاضر به منظور بررسی رژیم جریان دوفازی درون اتمایزر مایع هوادهی شده در نسبتهای دبی جرمی گاز به مایع مختلف، شبیهسازی دو بعدی و سه بعدی میدان جریان دوفازی درون اتمایزر مایع هوادهی شده با استفاده از روش VOF و به کمک نرمافزار ANSYS Fluent انجام شده است. نتایج حاصل از شبیهسازی دو بعدی و سه بعدی در نسبتهای هوادهی مختلف، با در نظر گرفتن اثر نیروی گرانش و همچنین اثر تراکمپذیری گاز در نسبتهای هوادهی بالا، نشان میدهد که اتمایزر مایع هوادهی شده شبیهسازی شده در نسبت دبی جرمی گاز به مایع بالاتر از 1.24%، هم از نظر یکنواختی اسپری و هم از نظر ریز بودن قطرات برای کاربردهای پاشش سوخت از جمله در نیروگاهها مناسب است. از طرف دیگر، طراحی یکپارچه اتمایزرها در زمینههای مختلف نیازمند ارتباط متقابل بین مشخصههای مختلف اسپری حاصل از اتمایزرها با پارامترهای ورودی وابسته مانند خواص سوخت مایع، شرایط تزریق و هندسه اتمایزر است. برای دستیابی به این منظور، فهم فیزیکی میدان جریان درون اتمایزر و مکانیزم تشکیل اسپری در خارج از اتمایزر ضروری است. بنابراین، در بخش اول پس از بررسی جریان دوفازی داخل اتمایزر در میزان هوادهیهای مختلف و دستیابی به رژیم جریان دوفازی مطلوب حلقوی درون مجرای تخلیه، ضخامت و سرعت فیلم مایع خارج شونده از روزنه خروجی اتمایزر و همینطور سرعت هسته گازی آن به عنوان مقادیر تقریبی ورودی برای بخش دوم پژوهش بکار برده میشود. در بخش دوم، برای بدست آوردن عدد موج محیطی ورقه حلقوی مایع خارجشونده از اتمایزر مایع هوادهی شده، به منظور بررسی دقیقتر فرض شکست درختی ورقه مایع به لیگامنتهای طولی، پایداری خطی ورقه حلقوی مایع خروجی از این نوع اتمایزر مورد مطالعه قرار گرفت. بنابراین با حل معادله پراکندگی بدست آمده حاکم بر اغتشاشات سه بعدی ورقه حلقوی لزج مایع و با در نظر گرفتن حضور فاز گازی در درون و بیرون ورقه حلقوی، نرخ رشد ماکزیمم و عدد موج مربوط به آن بدست آورده میشود. نتایج تحلیل خطی لزج نشان میدهد که اغتشاشات نامتقارن محوری در همه نسبتهای هوادهی پایدار هستند. این بدین معنی است که شکست درختی ورقه حلقوی مایع خارجشونده از اتمایزر مایع هوادهی شده، که در آن ورقه حلقوی بلافاصله به تعدادی لیگامنت طولی فرو میپاشد، به کمک تحلیل خطی لزج، فرض درستی نیست. یعنی قبل از شکست ورقه مایع به لیگامنتهای طولی، مکانیزم دیگری مبنی بر اغتشاشت متقارن محوری بر ناپایداری ورقه حاکم است. از آنجایی که گام نخست در راستای فهم این مکانیزم مطالعه ویژگیهای ناپایداری حاکم بر ورقه مایع است، در کار حاضر این ویژگیها برای ورقه حلقوی مایع خروجی از اتمایزر مایع هوادهی شده در نسبتهای هوادهی مختلف بررسی شده است. نتایج تحلیل پایداری نشاندهنده غالب بودن مد ناپایداری شبه سینوسی در همه نسبتهای هوادهی است. همچنین نتایج نشان دادند که با افزایش نسبت هوادهی، ضمن اینکه ماکزیمم نرخ رشد اغتشاشات افزایش مییابد، این ماکزیمم به سمت اعداد موج بالاتر میل میکند. به بیان دیگر با افزایش نسبت هوادهی، شکست ورقه مایع در طول موجهای کوتاهتر اتفاق خواهد افتاد. همچنین بررسی اثر لزجت بر ناپایداری ورقه حلقوی مایع خروجی از اتمایزر مایع هوادهی شده در همه نسبتهای هوادهی نشان میدهد که لزجت مایع در نسبتهای دبی جرمی گاز به مایع بالا تا اندازهای اثر پایدارکنندگی دارد.
کلمات کلیدی: اتمایزر مایع هوادهی شده، جریان دوفازی، روش حجم سیال، ورقه حلقوی مایع، تحلیل پایداری خطی

1 مهر 1397 / تعداد نمایش : 125