Analysis of flow in open-end pressure swirl atomizers

Bu çalışmada, yüksek çözünürlüklü 3D ve 2D eksenel simetrik açık uçlu basınç girdaplı püskürtücü (PSA) CFD simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Düşük Reynolds sayısına sahip çok fazlı sıvı akışı, VOF yöntemi ve sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemlerinin ikinci mertebe doğru doğrudan çözümü (Quasi-DNS) kullanılarak modellenmiştir. Çalışma, PSA'nın giriş ve daralma etkileri olmadan iç akış karakteristiklerini incelemeyi amaçlamaktadır. Çünkü PSA'da dönen sıvı film akışı, sınırlı sayıda teğetsel giriş portu ile oluşturulmaktadır. Bu portlar, sıvı filmdeki akış kararsızlıklarının önde gelen nedenlerinden biridir. Bu kararsızlıklar, PSA'da püskürtme düzensizliklerine neden olmaktadır. Bu etkileri ortadan kaldırmak için, 3D simülasyonlarda sürekli halka benzeri eksenel simetrik giriş yüzeyi ve eksenel giriş yüzeyi, sıvı filmin teğetsel ve eksenel hız profilleri ile VOF profili kullanılmıştır. VOF ve hız profilleri, halka benzeri giriş PSA simülasyonlarının dönen sıvı filminden elde edilmiştir. Halka benzeri giriş simülasyonlarında, sıvı film içinde Görtler vorteksleri saptanmıştır. Bu vortekslerin kararsızlık kaynağının, giriş yakınındaki akış kopması olduğu tespit edilmiştir. Giriş kopması olmaksızın Görtler vortekslerinin gelişimi, 3D eksenel giriş PSA simülasyonlarında incelenmiştir. Görtler vortekslerinin, herhangi bir kararsızlık kaynağı olmaksızın kendiliğinden başladığı sonucuna varılmıştır. Dönen sıvı filmdeki Görtler sayısı hesaplanmış ve elde edilen sonuçlar literatür ile karşılaştırılmıştır. Görtler sayısı, iki fazlı dönen film akışına uygun hale getirilerek değiştirilmiştir. Daha sonra, Görtler vortekslerinin sıvı film ve püskürtme üzerindeki etkisi incelenmiştir. PSA çıkışındaki sıvı filmin hız profillerinin gelişimi, 2D eksenel simetrik simülasyonlarla karşılaştırılmıştır. Görtler vortekslerinin filmde doğrusal bir hız profili oluşturduğu ancak PSA'nın performans parametrelerini etkilemediği gözlemlenmiştir. 2D eksenel simetrik simülasyonların basınç düşüşü, film kalınlığı ve püskürtme açısı sonuçlarının, 3D simülasyonlarla neredeyse aynı olduğu öngörülmüştür. Bu sonuçlar kapsamında, PSA için yeni bir kanat tipi giriş tasarlanmıştır. Bu giriş tipi kullanılarak girişte düzgün akış sağlanmıştır. Bu sayede PSA girdaplı püskürtücü, 3D simülasyonlara kıyasla çok daha hızlı olan 2D eksenel simetrik simülasyonlarla doğru bir şekilde tasarlanabilir. Kanat tipi giriş PSA'nın performansını incelemek için deneysel bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçları, 3D ve 2D eksenel simetrik simülasyonlarla karşılaştırılmıştır.