Nestacionarita a časoprostorové statistiky v přechodové oblasti šumivého spreje

Unsteadiness and Spatio-Temporal Statistics in Intermediate Effervescent Spray Region

článek ve sborníku ve WoS nebo Scopus

en

Multipoint statistics theory of the ideal spray was used to investigate temporal spray stability. The analysis focused on intermediate spray region, i.e. between dense and self-similar regions. Arrival time and diameter are the studied characteristics of the droplets. Two size classes, with droplet diameters of 50 and 100 μm, were selected for steadiness analysis. The two size classes were used to investigate temporal droplet behaviour using their arrival time. Chi-square test was used to provide unsteadiness criterion. Data were collected by dual-phase Doppler anemometry (PDA) at three planes perpendicular to the spray axis (x/D = 20,40,60). At each plane, there were several measuring points spanning the spray radius, starting from the spray centreline (r/x = 0) to the spray cone boundary (r/x = 0.5). The effervescent breakup mechanism is shown to produce spray unsteadiness, which is however significant only away from spray axis. In a narrow cone around the spray axis, the spray is steady on a significance level of 5 %. This result provides guidance for assessment of effervescent spray unsteadiness. The data show unexpectedly similar levels of unsteadiness for gas-liquid ratios between 5 and 15 %. This has implications for combustion applications of effervescent spray, where unsteadiness is an undesirable property.

Teorie vícebodových statistik ideálního spreje byla použita ke zkoumání časové stability spreje. Analýza se zaměřila na přechodový (střední) obast spreje, ležící mezi oblastí hustého a sobě-podobného spreje. Čas příletu a průměr jsou studovanými charakteristikami kapiček. Dvě třídy velikosti kapek, s průměrem 50 až 100 um, byly vybrány pro analýzu stacionarity. Tyto dvě velikostní kategorie byly použity pro vyšetřování časového chování kapiček pomocí času jejich příletu. Byl použit Chi-kvadrát test jako kritérium nestacionarity. Data byly zjišťovány s užitím duální fázové Dopplerovské anemometrie (PDA) na třech rovinách kolmých k ose spreje (x / D = 20,40,60). V každé rovině bylo několik měřicích bodů, napříč přes poloměr spreje, počínaje od jeho osy (r / x = 0) po jeho kuželový okraj (r / x = 0,5). BYlo prokázáno, že šumivý mechanismus atomizace produkuje nestacionaritu, která je však významná pouze mimo osu spreje. V úzkém kuželi kolem osy spreje je sprej stacionární na hladině významnosti 5%. Tento výsledek poskytuje návod k posuzování nestacionarity šumivých sprejů. Data ukazují nečekaně podobné úrovně nestacionarity pro poměr plyn-kapalina mezi 5 a 15%. To má důsledky pro spalovací aplikace šumivého spreje, kde nestabilita je nežádoucí vlastnost.

Multipoint statistics theory of the ideal spray was used to investigate temporal spray stability. The analysis focused on intermediate spray region, i.e. between dense and self-similar regions. Arrival time and diameter are the studied characteristics of the droplets. Two size classes, with droplet diameters of 50 and 100 μm, were selected for steadiness analysis. The two size classes were used to investigate temporal droplet behaviour using their arrival time. Chi-square test was used to provide unsteadiness criterion. Data were collected by dual-phase Doppler anemometry (PDA) at three planes perpendicular to the spray axis (x/D = 20,40,60). At each plane, there were several measuring points spanning the spray radius, starting from the spray centreline (r/x = 0) to the spray cone boundary (r/x = 0.5). The effervescent breakup mechanism is shown to produce spray unsteadiness, which is however significant only away from spray axis. In a narrow cone around the spray axis, the spray is steady on a significance level of 5 %. This result provides guidance for assessment of effervescent spray unsteadiness. The data show unexpectedly similar levels of unsteadiness for gas-liquid ratios between 5 and 15 %. This has implications for combustion applications of effervescent spray, where unsteadiness is an undesirable property.

CFD; stirred tank; multiphase; simulation; mixing

2015

01.10.2015

Aidic Servizi Srl

Milano, Italy

978-88-95608-36-5

2283-9216

CHEMICAL ENGINEERING TRANSACTIONS - VOL.45

45

1027–1032

6