La atomización de líquidos es vital para la mezcla de combustible y aire. El uso de corrientes de líquido oscilante, la ruptura y la formación de gotas se pueden mejorar en comparación con los chorros rectos comunes. Pero las muchas interacciones dinámicas dificultan a los científicos comprender los mecanismos detrás de esta ruptura. Ahora,Los investigadores han simulado la ruptura de una corriente oscilante utilizando modelos numéricos.
Sus hallazgos, publicados en Física de fluidos , por AIP Publishing, ofrece a los investigadores una mejor comprensión de cómo un chorro oscilante logra estos resultados. El informe también ofrece una forma de predecir numéricamente el comportamiento del dispositivo, lo que podría ahorrar tiempo y dinero en la industria.
Un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Berlín y FDX Fluid Dynamix GmbH modeló el comportamiento de un chorro producido por un oscilador fluídico. Las inestabilidades en el fluido, la tensión superficial y la inercia contribuyen a la deformación de una corriente de líquido hasta quese rompe en una pulverización. La turbulencia también afecta la ruptura. Los investigadores diseñaron su modelo para tener en cuenta todos estos factores. Descubrieron que una corriente oscilante se rompe en una pulverización más amplia de gotas más finas que un chorro directo, por lo que podría encontrar una aplicación de alta eficienciainyectores de combustible.
"Sabíamos que la oscilación de alguna manera aumenta el ángulo de pulverización [y] se obtienen mejores distribuciones de gotas, pero realmente no sabíamos cómo funcionaba todo esto juntos", dijo Simon Schmidt, autor principal del artículo.
Para el mejor uso de los recursos informáticos, el equipo aumentó la resolución de la simulación cerca del límite de gas líquido, mientras usaba una cuadrícula más gruesa en áreas menos críticas. La mayor parte de la vorticidad relevante para la ruptura ocurrió a lo largo de este límite, por lo que el refinamiento capturadoLa turbulencia importante en gran detalle.
El grupo identificó dos tipos de inestabilidades que desencadenaron la ruptura. El primer tipo, también presente en chorros rectos, es producido por fuerzas de corte entre la superficie del líquido y el gas circundante. El efecto es más fuerte cerca de la boquilla donde está el líquidoel impulso excede el del aire circundante. Estas inestabilidades de Kelvin-Helmholtz crean ondas superficiales, que viajan aguas abajo a lo largo del chorro. Las ondas secundarias, que se forman a través de la superficie, se combinan con estas, haciendo que la corriente finalmente se deforme en lóbulos.
La oscilación también genera un segundo tipo de inestabilidad. Estas inestabilidades de Rayleigh-Taylor aparecen cuando la superficie del líquido se mueve perpendicular al flujo y choca con el gas entrante de frente. Los efectos combinados de las dos inestabilidades rompen la corriente oscilante más rápidamente que unchorro directo dispersándolo en gotas más pequeñas sobre un arco más ancho.
A diferencia de muchos estudios numéricos pasados, el equipo verificó sus resultados experimentalmente. Descubrieron que el comportamiento predicho por las simulaciones coincidía estrechamente con el chorro oscilante real. La corriente real parecía más áspera que la simulada, lo que el equipo atribuyó a imperfecciones diminutas enlas piezas mecanizadas y la presión del fluido, así como la simplificación de su boquilla.
Los investigadores ahora planean sumergirse aún más en la física subyacente simulando el oscilador fluídico a muchas frecuencias y amplitudes diferentes. En última instancia, esperan desarrollar un modelo para el tamaño y la dispersión de las gotas que no dependa de una simulación subyacente. La simulación finaltardó dos meses en ejecutarse, por lo que lograr este objetivo final podría ser una bendición para las industrias que adoptan esta tecnología.
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Materiales proporcionados por Instituto Americano de Física . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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