مدلسازي عددي ديناميك قطرات باردار در افشانه الكتروهيدروديناميكي با در نظر گرفتن فروپاشي اوليه

Numerical Simulation of Charged Droplets Dynamics in an Electrohydrodynamic Spraying with Primary Break-up

اندازه قطرات و توزيع مولفه­ هاي سرعت محوري و شعاعي قطرات در يك الكترواسپري توليد شده از مخروط تيلور، توسط توسعه يك كد كامپيوتري در محيط FORTRAN، مدل شده است. ديناميك قطرات با درنظرگرفتن جريان دو-فازي رقيق و روش لاگرانژي، شبيه­ سازي شده و تاثير هواي ساكن اطراف آن بصورت يكطرفه لحاظ گرديده است. مدلي نيز براي تعيين قطر اوليه قطرات و فاصله فروپاشي اوليه جت ارائه شده كه قادر به محاسبه فروپاشي اوليه است. اين مدل به صورت تابعي از دبي، فاصله نازل تا صفحه زيرين، ولتاژ اعمالي، و مشخصات سيال در يك ميدان الكتريكي بصورت الكتروهيدروديناميكي دو-بعدي شبيه سازي شده است. تغيير اندازه قطرات در عبور از اسپري بدليل تبخير تا رسيدن به حد رايلي در نظر گرفته شده است. در مدل بكار رفته سيال عامل به صورت سيال لزج و تراكم ناپذير در هواي ساكن تك دما لحاظ و ميدان الكتريكي خارجي با اعمال اختلاف پتانسيل الكتريكي بين نازل و صفحه زيرين ايجاد گرديده است. در نهايت توزيع مكاني، زاويه چتراسپري، اندازه و سرعت آنها با نتايج آزمايشگاهي مقايسه شده است كه نشان دهنده مطابقت خوب نتايج ارائه شده مي­ باشد.

The size and the axial/radial velocity distributions of electrically controlled droplets generated from Taylor cone operating in the stable cone-jet regime are simulated by numerical modeling of electrosprays. To achieve these goals, a numerical code in FORTRAN is developed. Electrospray droplet dynamics considered the diluted two-phase flow and used Lagrangian method for tracking of a single drop and in the simulation the effect of still air around drops is taking to account in one direction. Also, a new model is used to determine the primary breakup process of jet to calculate the initial droplet diameter and breakup space. A model is formulated as function of liquid flow rate, needle-to-counter electrode distance, applied voltage, and electrical conductivity and surface tension of the liquid in a DC electric field is presented with a 2D electrohydrodynamic model. The droplet size reduction can be explained by evaporation and/or Coulomb explosion. Results show that moving downstream, the average velocity of droplets decreases monotonically. This paper reports a numerical study of the effects of an externally applied electric field on the dynamics of drop formation from a vertical metal capillary. The fluid issuing out of the capillary is a viscous liquid, the surrounding ambient fluid is air, and the electric field is generated by establishing a potential difference between the capillary and a horizontal, electrode placed downstream of the capillary outlet. The Primary jet Break-up and droplet transport and evaporation of electrohydrodynamic sprays is investigated by modeling of droplet size and velocity distribution in spray cones and a series of drop migrations under the influence of an electric field were carried out and the results are in good agreement with other theoretical and experimental studies.