مطالعه آثار ناپايايي بر تبخير قطره سوخت‌هاي چندجزيي

Influences of Unsteadiness on the Multicomponent Fuel Droplets

هدف از اين مقاله بررسي ويژگي‌هاي تبخير سوخت‌هاي تك‌جزئي و چندجزئي و مطالعه اثر ترم ناپايايي بر تبخير قطرات اين سوخت‌ها مي‌باشد. بدين منظور از دو رويكرد كاملا گذرا و شبه‌پايا استفاده شده است. در اين دو رويكرد معادلات اجزا، ممنتوم، و انرژي براي فاز گاز و معادلات اجزا و انرژي براي فاز مايع، با فرض خواص متغير با دما، به صورت عددي حل شده‌اند. نتايج حاصل از روي‌كرد كاملا گذرا براي قطرات تك‌جزئي و چندجزئي در فشار اتمسفريك براي سوخت‌هايي با فراريت كم و زياد و در گستره‌ي دمايي متنوع، تطابق مناسبي با داده‌هاي تجربي موجود در ادبيات دارد. در اين مطالعه از سه هيدروكربن هپتان، دكان، و هگزادكان به منظور بررسي آثار فراريت سوخت بر تبخير استفاده شده است. با بررسي تبخير سوخت دو جزئي، از منظرهاي متفاوت تبخير چند مرحله‌اي براي قطرات چندجزئي بيان شده است. با استفاده از دو معيار ناپايايي مربوط به نفوذ جرمي بخار سوخت و نفوذ حرارت در سطح قطره، ميزان شبه‌پايا بودن فرآيندهاي حرارت و نفوذ در فاز گاز بررسي شده، و ميزان انحراف رويكرد گذرا از رويكرد شبه‌پايا توجيه شده است. نتايج نشان مي‌دهند كه دماي محيط و نوع سوخت تاثير زيادي در ناپايايي دارند؛ بطوريكه با افزايش دما و سنگين‌تر شدن سوخت ميزان انحراف رويكرد شبه‌پايا از رويكرد گذرا افزايش مي‌يابد. همچنين انحراف بين نتايج دو رويكرد با افزايش اختلاف فراريت سوخت‌ها بيشتر مي‌شود و رويكرد شبه‌پايا براي قطرات سبك‌تر و اجزايي با فراريت مشابه نتايج نزديكتري به رويكرد گذرا ارائه مي‌دهد.

The aim of present article is investigation of evaporation of single- and multi-component fuels droplets and the effect of unsteadiness term on it. Two approaches are used: fully transient and quasi-steady. The species, momentum, and energy equations for gas phase and species and energy equations for liquid phase are solved numerically by assuming variable properties with respect to temperature. The results are obtained from the fully transient approach show an acceptable compliance with experimental data at atmospheric pressure in a wide range of fuel volatility and ambient temperature for the single- and multi-component fuels. Heptane, decane, and hexadecane are used in order to investigate the effects of fuel volatility on evaporation.The steadiness of processes in the gas phase has been checked by using two measures of unsteadiness related to the mass and heat diffusion of fuel vapor on the droplet surface. The deviations of the results of the quasi-steady approach from the fully transient have been justified by the unsteadiness measures. The results show that fuel and ambient temperature have significant effects on the unsteadiness. For heavier fuels and higher ambient temperature, the diviation of quasi-steady approach from fully transient increases. Also, the diviation becomes higher when the differences between volatility of component increase. Therefore, it is concluded that the quasi-steady approach presents reasonable results for lighter fuels in the case of single component and whenever the volatilities of components are very close.