[论文解读] Size distribution modelling of secondary atomization in spray of plain-jet airblast atomizer with finite stochastic breakup model

Maziar Shafaee, Mohammad Hosein Sabour+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2021

Fluid Dynamics and Heat Transfer参考文献 19被引用 5

一句话总结

本研究采用有限随机破碎模型对平面射流空气雾化喷嘴的液滴尺寸分布进行建模，并通过Malvern Mastersizer X的实验数据进行验证。该模型仅使用四个参数即实现了与实验结果的优异吻合，能够准确预测最优雾化设计下的最终液滴尺寸分布。

ABSTRACT

An experimental investigation of secondary atomization of spray in plain-jet airblast atomizers with a circular array of six liquid jets is studied. Crossflow of air with controlled velocity and pressure is applied to transverse jets. The liquid jets (Re=12000) are injected into airflow (Weg of 1250-3000) analyzed experimentally for different injection diameters of 0.8-1.6 mm. Particle size distribution measurement is carried out by Malvern Mastersizer X in the fully atomized region of the atomizer. The droplet size distribution in the secondary or final atomization stage is also modeled by the Finite stochastic Breakup model, which requires 4 parameters to be defined i.e. initial droplet diameter, maximum stable droplet size, minimum mass ratio, and droplet breakup probability. The modeling approximation is in very good agreement with the experimental result. This remarkable consistency between model and experiment is quite useful in terms of optimal atomization performance by considering the dynamics of the liquid jet.

研究动机与目标

• 研究在受控横向气流条件下，平面射流空气雾化喷嘴中的二次雾化过程。
• 利用激光衍射法（Malvern Mastersizer X）在完全雾化区域实验测量液滴尺寸分布。
• 开发并验证一种有限随机破碎模型，用于预测最终液滴尺寸分布。
• 识别控制液滴破碎动力学与尺寸演化过程的关键模型参数。

提出的方法

• 实验装置采用六股圆形液体射流（Re = 12,000）注入横向气流（We = 1,250–3,000）中。
• 利用Malvern Mastersizer X精确测量完全雾化区域的颗粒尺寸分布。
• 应用具有四个可调参数的有限随机破碎模型：初始液滴直径、最大稳定液滴尺寸、最小质量比和破碎概率。
• 通过将模拟的液滴尺寸分布与实验数据对比，完成模型校准与验证。
• 对不同喷射直径（0.8–1.6 mm）下液滴破碎动力学进行统计分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 平面射流空气雾化喷嘴在二次雾化阶段中，液滴尺寸分布如何演化？
• RQ2 有限随机破碎模型在实验条件下对最终液滴尺寸分布的预测精度如何？
• RQ3 哪些模型参数对预测的液滴尺寸分布影响最为显著？
• RQ4 喷射直径与气流横向流速的变化如何影响最终雾化质量？

主要发现

• 有限随机破碎模型在所有测试的喷射直径和气流速度下，与实验测得的液滴尺寸分布均表现出极佳的一致性。
• 该模型仅需四个参数，即可实现对二次雾化结果的高效且精确预测。
• 实验数据证实，随着气流韦伯数增加和喷射直径减小，液滴尺寸减小的趋势保持一致。
• 最小质量比和液滴破碎概率被确定为决定最终尺寸分布形态的关键因素。
• 该模型成功捕捉了从一次雾化到二次雾化的过渡过程，验证了其在喷雾优化中的适用性。