بهبود روش تحليل ناپايداري خطي لايه سيال توخالي خروجي از اتمايزر جريان چرخشي

Improvement of Linear Instability Analysis of an Annular Liquid Jet Emanating from a Swirl Injector

در مقاله حاضر، به مطالعه آناليز ناپايداري حركت امواج روي سطح جت مايع خروجي از اتمايزر جريان چرخشي با وجود هواي داخل و خارج تا قبل از شكست اوليه پرداخته شده است. نيروهاي اينرسي، فشار، ويسكوزيته و تنش سطحي در سطح مشترك مايع - گاز عمل مي كنند. مجموع اثر اين نيروها موجب رشد و افزايش نوسانات ريز و ناچيز موجود در جريان مي شود. رشد اين نوسانات موجب ناپايداري لايه مايع و شكست آن به ليگامنت و در نهايت تعداد زيادي قطره مي شود. الگوي خطي استفاده شده در اين مقاله، با الگو هاي قبلي متفاوت و مي توان گفت بهبود يافته روش قبلي است. وجه تمايز اين روش در اين است كه معادلات با در نظر گرفتن اين نكته كه جت به شكل مخروط تو خالي از اتمايزر خارج مي شود استخراج شده است. در اين حالت معادلات حاكم به گونه اي است كه امكان حل تحليلي آن ها وجود ندارد. به همين منظور از روشي نيمه تحليلي و عددي استفاده شده است. روش حل نيز به گونه اي است كه اين امكان را فراهم مي سازد شكست اوليه جت را در حالات مختلف، از زاويه پاشش 0 تا 180 درجه، مدل سازي كرد. به منظور اعتبار سنجي با رسم شكل هايي، نتايج روش خطي بهبود يافته با نتايج تجربي و تحليلي موجود، مقايسه شده است. مقايسه نشان مي دهد كه روش خطي مورد استفاده در اين مقاله تطابق بيشتري با نتايج تجربي دارد. همچنين نتايج نشان مي دهد مدل حاضر طول شكست را با دقت بهتري پيش بيني مي كند.

In this paper, the instability of wave motion on the surface of liquid sheet emanating from a swirl injector exposed to inner and outer air streams, before the breakup is considered using the linear instability analysis by a perturbation method. The forces acting on a liquid gas interface in sprays, including surface tension, pressure, inertia force, centrifugal force and viscous force, lead to grow the disturbances originated from inside the injector on the outgoing liquid sheet. Interaction between these forces ultimately breaks up the jet into the ligaments. The linear instability analysis used in the present study is different from prior analysis. A cylindrical liquid sheet has been considered in previous studies but the present study implements the linear instability on a conical annular liquid sheet. Due to the complexity of derived governing equations a semi-analytical and numerical method was utilized in the solution procedure. The present model is capable to solve governing equations for the liquid jet with large range of spray angle. The predicted results compared with the prior studies results and experiments. The results of the current model in comparison with prior models have better accordance with experimental data. Also, the results show that the improved linear theory (the present model) predicts the breakup length better than linear theory