| Περίληψη: | Η διαδικασία της εξάτμισης υγρών καυσίμων και η εύρεση κατάλληλων
τρόπων περιγραφής της, αλλά και κατάλληλων διατάξεων όπου να πραγματοποιείται
το φαινόμενο, αποτελεί ένα ερευνητικό θέμα που απασχολεί ακόμα και στις μέρες μας
την επιστημονική κοινότητα. Είναι σημαντικό η εξάτμιση να πραγματοποιείται με ένα
ικανοποιητικό ρυθμό, καθώς πολλά από τα χαρακτηριστικά της φλόγας και της καύσης
που θα ακολουθήσουν, εξαρτώνται κυρίως από τον ρυθμό της ατμοποίησης των
σταγονιδίων και τον ρυθμό διείσδυσης του αέριου οξειδωτικού στην δέσμη
σταγονιδίων.
Η δέσμη σταγονιδίων είναι το αποτέλεσμα της διασποράς ενός όγκου υγρού
καυσίμου (ή ενός οποιουδήποτε υγρού) μέσω κατάλληλων συσκευών που ονομάζονται
ακροφύσια ψεκασμού. Στην συγκεκριμένη εργασία έγινε μία προσπάθεια να
διερευνηθεί και να καταστρωθεί μια σειρά βημάτων για την μοντελοποίηση εξάτμισης
δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η προτεινόμενη μεθοδολογία μπορεί να
γενικευτεί για την κατάστρωση μιας οποιασδήποτε υπολογιστικής προσομοίωσης και
για ένα οποιοδήποτε λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Ωστόσο, για την
εργασία χρησιμοποιήθηκε το εμπορικό πακέτο Fluent της Ansys. Για το συγκεκριμένο
λογισμικό, λοιπόν, αναφέρονται κάποιες βασικές εξισώσεις που διέπουν τα μοντέλα
που χρησιμοποιήθηκαν στις προσομοιώσεις.
Στα πλαίσια της εργασίας χρησιμοποιήθηκαν δύο διαφορετικές διατάξεις για
την μοντελοποίηση εξάτμισης δέσμης σταγονιδίων υγρού καυσίμου. Η μία αφορούσε
έναν απλό αγωγό τετραγωνικής διατομής και η άλλη, μία διάταξη πολύδισκου
αναμείκτη – καυστήρα. Στην πρώτη περίπτωση ψεκάζεται δέσμη σταγονιδίων
αιθανόλης σε μικρή απόσταση από το επίπεδο εισόδου του θερμού αέρα και σε
εγκάρσια διεύθυνση σε σχέση με την διεύθυνση ροής του. Ο αέρας συμπαρασύρει την
δέσμη διασκορπίζοντάς την και αυξάνοντας τους ρυθμούς εξάτμισης. Το μοντέλο
τύρβης που χρησιμοποιήθηκε ήταν το Realizable k-ε, ενώ για την προσομοίωση της
διακριτής φάσης επιλέχθηκε το μοντέλο DPM (Discrete Phase Model) του Fluent, το
οποίο είναι ένα μοντέλο τύπου Euler – Lagrange. Τα αποτελέσματα της
μοντελοποίησης συγκρίνονται με τα αντίστοιχα που προέκυψαν από μία παρόμοια
προσομοίωση από εργασία της βιβλιογραφίας. Ειδικότερα, συγκρίνονται η
θερμοκρασία της διακριτής φάσης και η μείωση της μέσης διαμέτρου των σταγονιδίων
κατά μήκος του αγωγού. Η σχετικά απλή διάταξη της πρώτης περίπτωσης, αποτελεί
ουσιαστικά μια εισαγωγή για πολυπλοκότερες διατάξεις, όπως αυτή της δεύτερης
περίπτωσης. Στην δεύτερη περίπτωση, λοιπόν, δέσμη σταγονιδίων επτανίου ψεκάζεται
μέσα στην μικρή κοιλότητα του πολύδισκου αναμείκτη – καυστήρα και σε κατεύθυνση αντίθετη από αυτήν του θερμού αέρα εισόδου. Η επιλογή αυτή σε συνδυασμό με τους
δίσκους της διάταξης, δημιουργούν περιδινήσεις στην ροή και τυρβώδη πεδία τα οποία
ωφελούν την ανάμειξη καυσίμου – οξειδωτικού, τον διασκορπισμό της δέσμης
σταγονιδίων και τους γρηγορότερους ρυθμούς εξάτμισης. Για την μοντελοποίηση του
τυρβώδους πεδίου και της διακριτής φάσης επιλέχθηκαν και πάλι τα μοντέλα
Realizable k-ε και DPM αντίστοιχα. Τέλος, παρουσιάζονται τα διαγράμματα της
ταχύτητας και της θερμοκρασίας της διακριτής και της συνεχούς φάσης κατά μήκος
της γεωμετρίας, της διαμέτρου των σταγονιδίων, καθώς και του μέσου κλάσματος
μάζας επτανίου.
|
|---|
