استخراج يك مدل نظري انرژي-مبنا به منظور تخمين قطر ميانگين قطرات اسپري خروجي از يك انژكتور گريز از مركز

Extraction of a Theoretical Energy-based Model to Estimate Mean Droplet Diameter of the Swirl Injector Spray

پيش ­بيني نحوة توزيع قطر و سرعت قطرات اسپري به پارامترهاي مختلفي چون خصوصيات فيزيكي، سرعت سيال و محيط گازي اطراف و هندسة داخلي انژكتور بستگي دارد. مرحلة تشكيل قطرات كه داراي تنوع فراوان از نظر قطر و سرعت قطرات است، با يك ديدگاه آماري قابل پيش­ بيني است. از آنجا كه روش­هاي نظري موجود براي تخمين توزيع قطر و سرعت قطرات نيازمند داده ­هاي تجربي نظير قطر ميانگين و سرعت ميانگين قطرات به عنوان ورودي هستند، در اين مقاله، تلاش شده است تا با پيشنهاد يك روش نظري بر پاية معادلة بقاي انرژي، قطر ميانگين قطرات را به‌دست آورد و به جاي دادة تجربي در مدل­هاي پيش‌بيني‌كننده توزيع قطر قطرات نظير مدل ماكزيمم آنتروپي استفاده كرد. بدين ترتيب با حفظ دقت خوب، آن مدل­هاي پيش‌بيني‌كنندة توزيع قطر قطرات نيز مي­توانند به داده­ هاي تجربي وابستگي كمتري پيدا كنند. پارامترهاي لازم اين مدل نظير راندمان اتميزاسيون و عدد وبر نيز از مدل ديناميك سيالات محاسباتي تأمين شده­ اند. سپس يك مطالعه پارامتريك به منظور بررسي ارتباط ميان راندمان اتميزاسيون و سرعت اسپري با قطر ميانگين قطرات انجام شده است. اين مدل پيشنهادي جديد، به عنوان يك مدل سريع و ساده، در مقايسه با داده­ هاي تجربي در دسترس، پيش­بيني خوبي از قطر ميانگين قطرات به‌دست داده است.

The droplet formation stage of a spray, which enjoys a great diversity in size and droplet velocity, is predictable through a statistical approach. Since the available methods require experimental data such as mean droplet diameter and mean droplet velocity as inputs to estimate the distribution of the droplets, this study attempts to propose a consistent theoretical model based on the energy conservation equation for the estimation of mean droplet diameter to be used in the predictive models of droplet size distribution, such as maximum entropy model. Therefore, those models can be independent of experimental data. The parameters needed in the model, such as atomization efficiency and the Weber number are provided using a CFD model. Then, a parametric study to evaluate the relationship between the atomization efficiency and spray velocity, and mean droplet diameter is carried out. This new proposed model entitled energy-based model (EBM) can provide a very good prediction of mean droplet diameter in comparison with the available experimental data.