Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling of transcritical and supercritical nitrogen jets

Antunes E., Silva A., Barata J.

Combustion Engines

|

2017

|

R. 56, nr 2

125--132

EN

The present paper addresses the modelling of fuel injection at conditions of high pressure and temperature which occur in a variety of internal combustion engines such as liquid fuel rocket engines, gas turbines, and modern diesel engines. For this investigation a cryogenic nitrogen jet ranging from transcritical to supercritical conditions injected into a chamber at supercritical conditions was modelled. Previously a variable density approach, originally conceived for gaseous turbulent isothermal jets, imploying the Favre averaged Navier-Stokes equations together with a “k-ε” turbulence model, and using Amagats law for the determination of density was applied. This approach allows a good agreement with experiments mainly at supercritical injection conditions. However, some departure from experimental data was found at transcritical injection conditions. The present approach adds real fluid thermodynamics to the previous approach, and the effects of heat transfer. The results still show some disagreement at supercritical conditions mainly in the determination of the potential core length but significantly improve the prediction of the jet spreading angle at transcritical injection conditions.

2

Modelowanie ruchu kropel paliwa, rozpylenia i parowania podczas przepływu burzliwego

Barata J.

Silniki Spalinowe

|

2005

|

R. 44, nr 3

42--55

PL

Prezentowany artykuł przedstawia numeryczne studium parowania kropel wtryskiwanych bezpośrednio w turbulentny strumień powietrza. Dotychczas stworzono kilkanaście różnych modeli, więcej lub mniej udanych, które opisują to zjawisko, lecz wszystkie bazują na wtrysku do nieruchomego otoczenia. Podstawowym celem autora było zastosowanie rozwinięcia Eulera/Lagrange'a do opisania: ruchu kropel paliwa, ich rozpylenia, parowania i połączenia obu procesów, tak jak to się dzieje w rzeczywistości w komorze spalania, gdzie występuje: zawirowanie typu swirl (zawirowanie osiowe), tumble (zawirowanie promieniowe) oraz squish wyciskające działanie tłoka) lub przepływ krzyżowy w turbinach. W tym artykule metoda opracowana na potrzeby badania izotermicznego rozpadu turbulentnego została rozszerzona o fazę parowania kropel wtryskiwanych do przepływu krzyżowego, a następnie przeanalizowano wyniki otrzymane przy użyciu dwóch różnych modeli parowania. Warunki konwekcji opisano przy użyciu modelu hybrydowego albo modelu wyższego rzędu Leonarda QUICK, natomiast fazę rozpylenia opisano w oparciu o model Lagrange'a. Szczegółowo przeanalizowano różnice istniejące zarówno pomiędzy dwoma wspomnianymi modelami parowania, jak i pomiędzy ich użytecznością w badaniu wtrysku paliwa do zaburzonego przepływu. W fazie podgrzewania, w modelu Chena i Pereiry [1], przepływ krzyżowy przenosi krople na dużą odległość od wtryskiwacza, podczas gdy w modelu Sommerfelda, zgodnie ze wzorem na parowanie, średnica kropel podlega ciągłej zmianie, co w rezultacie zasadniczo modyfikuje wyniki z tego względu, że wielkość cząstek (kropel) istotnie wpływa na występujący przepływ ciepła i zaburzone rozpylenie. W konsekwencji, średnice kropel, temperatura i rozkład masy okazały się zależne od użytego modelu parowania. Stąd powstała konieczność stworzenia nowego modelu, który uwzględniałby także przemieszczenie parujących kropli, i który umożliwiałby symulację układów rzeczywistych. Ponadto, w celu lepszej oceny i poprawy modeli parowania jest konieczne dokładniejsze wyznaczanie wartości w układzie trójwymiarowym.

EN

The present paper presents a numerical study on evaporating droplets injected through a turbulent cross-stream. Several models have been used with more or less success to describe similar phenomena, but much of the reported work deals only with sprays in stagnant surroundings. The ultimate goal of this study is to develop an Eulerian/Lagragian approach to account for turbulent transport, dispersion, evaporation and coupling between both processes in practical spray injection systems, which usually include air flows in the combustion chamber like swirl, tumble and squish in I.C. engines or crossflow in gas turbines. In this work a method developed to study isothermal turbulent dispersion is extended to the case of an array of evaporating droplets through a crossflow, and the performance of two different evaporation models widely used is investigated. The convection terms were evaluated using the hybrid or the higher order QUICK scheme. The dispersed phase was treated using a Lagrangian reference frame. The differences between the two evaporation models and its applicability to the present flow are analysed in detail. During the preheating period of the Chen and Pereira [1] model the droplets are transported far away from the injector by the crossflow, while with the Sommerfeld [2] formulation for evaporation the droplet has a continuous variation of the diameter. This result has profound implications on the results because the subsequent heat transfer and turbulent dispersion is extremely affected by the size of the particles (or droplets). As a consequence, droplet diameter, temperature and mass fraction distributions were found to be strongly dependent on the evaporation model used. So, a new formulation that takes into account also the transport of the evaporating droplets needs to be developed if practical injection systems are to be simulated. Also, in order to better evaluate and to improve the vaporization models more detailed measurements of three-dimensional configurations are required.

3

Numerical study of a polydisperse two-phase jet

Barata J., Perestrelo N.

Archiwum Motoryzacji

|

2000

|

Nr 2

113-125

EN

Low emissions gas turbine combustors will demand fuel injection systems that are efficient in the accomplishment of the mixing of fuel and air in the shortest possible residence time. This paper describes a computational study of a polydisperse two-phase turbulent jet, which is the basic configuration to analyze how the various parameters influence the size distribution and the dispersion of the droplets in the injection process. An Eulerian frame for the for the gas phase was used in conjunction with a Lagrangian approach to describe both interphase slip and turbulence on particle motion. Good agreement of the computations with the experimental data is obtained for both the gas and the particles turbulence modulation and anisotropy effects were introduced and were found to be very important to the successful performance of the computational method. The exchange of monumentum and turbulence energy between the two phases was shown to play a decisive role on the flow development. The predictions confirmed the measurements and showed that the particles do not follow the turbulent gas flow, but they affect it significantly. Considerably high values of the radial velocity were detected around the centerline far from the jet exit where the velocity of the particles lags that of the fluid, that seems to be associated with the effect of shear induced lift forces.

PL

Przedstawiono studium komputerowe polidyspersyjnej dwufazowej strugi turbulentnej, które jest bazą wyjściową do oceny wpływu różnych parametrów na rozkład średnicy kropel podczas wtrysku do ośrodka gazowego. Wykorzystano Eulerowską analizę do fazy gazowej oraz analizę Lagrange'a do obliczania drogi cząstek. Uzyskane wyniki obliczeniowe są zgodne z eksperymentalnymi. Turbulencja i niejednorodność średnic kropel mają istotny wpływ na rozwój strumienia. Stwierdzono także, że składowe promieniowe prędkości z daleka od otworu rozpylacza uzyskują wysokie wartości.