The Effects of Pressure Difference in Nozzle’s two Phase Flow on the Quality of Exhaust Mixture

در اكثر كاربردهاي نازل با دو فاز مايع-گاز، كيفيت مخلوط در خروجي نازل و همچنين سرعت از پارامترهاي مهم هستند. از طرف ديگر در برخي كاربردهاي صنعتي همچون رنگكاري و يا تزريق آب درسيستم مكش اجباري (سوپرشارژ و توربوشارژ) در موتورهاي احتراق داخلي كيفيت جت سوخت از اهداف مهم طراحي هستند. در اين حالتها و براي بهبود راندمان پاشش نازلهاي تزريق دو فاري هوا و آب بيشتر برجسته مي باشد. در هر دو حالت نه تنها نازل مخلوط را به سرعتهاي بالا شتاب ميدهد، بلكه همچنين بايد يك مخلوط با كيفيت بالا در خروجي داشته باشد. در اين مطالعه جريان توربولانت دو فازي پيشاميخته و غيرپيشآميخته در داخل نازل با استفاده از روش اويلري-لاگرانژي شبيهسازي شده است. فاز گازي به صورت فاز پيوسته بوده و از طريق معادلات نوير استوكس بررسي ميشود، در حالي كه فاز مايع بهصورت فاز پراكنده بوده و با در نظر گرفتن تعداد زيادي قطرات در داخل ميدان بررسي ميشود. پروفيلهاي فشار، سرعت و عدد ماخ و همچنين دبي هواي جاري و زمان اقامت قطرات در داخل نازل براي فشارهاي بالادست متفاوت محاسبه شده است. نتايج كار حاضر با استفاده از داده هاي تجربي پروفيل فشار و دبي هواي در حال جريان براي مخلوط غيرپيشاميخته اعتباردهي شدند.

In most applications of nozzles with gas-liquid two-phase flow, the quality of mixture inthe exhaust of nozzle as well as the flow velocity are the most important parameters. On the other hand, in some industrial applications, such as industrial painting or water injection in forced induction (turbocharged or supercharged) internal combustion engines, the quality of the spray is the main goal of design. In this case, and for improving the injection performance the air-water two phase nozzle injection flow is more remarkable subject. There are two options for this purpose, premixed or un-premixed air-water in entrance of the nozzle. In both cases, the nozzle not only has to accelerate gas and liquid to extra high velocity, but also it is supposed to have a high quality mixture in exhaust of nozzle. In this study, the turbulent gas-liquid two-phase premixed/un-premixed flow through the nozzle is simulated by the Eulerian-Lagrangian approach. The gas phase is treated as a continuum by solving the time-averaged Navier-Stokes equations, while the liquid as a dispersed phase is solved by tracking a large number of droplets through the calculated flow field. The pressure, velocity and Mach number profiles as well as air flow-rates and particle residence time inside the nozzle for various back pressure values have been computed. This work has been validated by comparing pressure profiles and air flow-rates between simulated results and available experimental results for un-premixed nozzle flow