بررسي تجربي ناپايداري هيدروديناميكي در مجراي خروجي اتمايزر گازي با استفاده از دوربين سرعت بالا

Experimental investigation of hydrodynamic instability in a nozzle of effervescent atomizer using a high speed camera

جريان دوفازي آب و هوا در مجراي خروجي يك اتمايزر گازدار با استفاده از تكنيك نور پس‌زمينه توسط يك دوربين سرعت بالا (fps 960) آشكارسازي شد. نمودار الگوي جريان در دبي‌هاي مختلف آب و هوا به‌دست آمد و سپس محدوده ناپايداري‌هاي موجود در مجراي خروجي اتمايزر گازي تعيين شد. زاويه همگرايي اتمايزر 15 درجه، مقطع محفظه اختلاط شفاف با ابعاد mm 4 * mm 6 و مقطع مجراي خروجي به‌صورت مستطيل با ابعاد mm 4 * mm 2 و طول mm 40 مي‌باشد. از آب به عنوان سيال مايع و از هوا به عنوان گاز اتمي‌ساز استفاده شد. چهار نوع رژيم حبابي، اسلاگ، متلاطم و حلقوي در مجراي خروجي اتمايزر مشاهده شد. تاثير تغيير در ميزان دبي حجمي آب و هوا به‌ روي ناپايداري اسلاگ موجود در مجراي خروجي اتمايزر بررسي شد. طبق نتايج ضريب تخليه اتمايزر تابع غيرخطي از نسبت دبي حجمي گاز به مايع است، كه با افزايش نسبت دبي حجمي گاز به مايع از 0 تا 5/ به سرعت و با افزايش بيش‌تر در نسبت دبي حجمي گاز به مايع با سرعت كم‌تري كاهش پيدا مي‌كند. هدف از اين مطالعه بررسي محدوده ناپايداري هيدروديناميكي تشكيل شده در اتمايزر گازي با توجه به دبي حجمي گاز و مايع مي‌باشد.

Air-water two-phase flow in a nozzle of atomizer is visualized using backlight illumination technique utilizing a high-speed video camera (960 fps) . Flow pattern diagram was obtained at different flow of water and air and then the range of instabilities in a nozzle of effervescent atomizer was determined. The convergence angle of the atomizer is 15 degrees, the cross-section of the transparent mixing chamber with dimensions of 6 mm× 4 mm and an atomizer outlet with a length of 40 mm and rectangular section with dimensions 2 mm × 4 mm. Water was used as the liquid and air was used for the atomic gas, four regimes of bubbly, slug, churn and annular were observed in the outlet of the atomizer. The effect of change in the volume flow of the water and air on the instability of the slug in the atomizer outlet was investigated. According to the study, the discharge coefficient is an exponential function in terms of GLR, which decreases rapidly with increasing GLR from zero to 0.5 and then decreases slightly with increasing GLR. The aim of this study was to investigate the range of hydrodynamic instability formed in the effervescent atomizer with respect to the volumetric flow of gas and liquid.