مطالعه تجربی تفاوت شکست قطره آب و گازوئیل بر اثر برخورد یک موج ضربه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

چکیده

در این تحقیق تجربی، تأثیر موج ضربه بر دو نوع قطره، آب و گازوئیل، بررسی شد. به دلیل تفاوت‌های فیزیکی این دو مایع، انتظار می‌رفت رفتار دینامیکی آن‌ها پس از برخورد موج ضربه متفاوت باشد. آزمایش‌ها با استفاده از روش تخلیه الکتریکی برای تولید موج ضربه انجام شدند، که ویژگی اصلی آن حذف اثر جریان هوا به‌عنوان عامل غالب در سایر روش‌های تولید موج ضربه است. رفتار دینامیکی قطرات با استفاده از تصویربرداری دقیق مورد مطالعه قرار گرفت و تصاویر به‌صورت فریم‌به‌فریم در محیط MATLAB پردازش شدند.
مشاهدات نشان داد که موج ضربه باعث ایجاد آشفتگی و تلاطم در داخل قطره شده و دانه‌های رنگی به‌کاررفته برای ردیابی جریان، الگوهای پیچیده‌ای از حرکت و چرخش را نمایش دادند. همچنین، ناپایداری‌های سطحی ناشی از موج ضربه و اثر آن بر پیرایش سطح قطره مورد تحلیل قرار گرفت. این پژوهش، تأثیر خواص فیزیکی مانند لزجت و کشش سطحی بر رفتار قطرات تحت تأثیر موج ضربه را روشن ساخته و نقش کلیدی موج ضربه را در مقابل جریان‌های خارجی برجسته می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Jones DL. Intermediate strength blast wave. The Physics of Fluids. 1968 Aug 1;11(8):1664-7.
  • Plooster MN. Shock waves from line sources. Boulder, CO, USA: National Center for Atmospheric Research; 1968 Nov.
  • Engel OG. Fracmentation of water drops in the zone behind and air shock. J. Res. Matn. Bur. Stand. 1958;69:245.
  • Hanson AR, Domich EG, Adams HS. Shock tube investigation of the breakup of drops by air blasts. Physics of Fluids. 1963 Aug;6(8):1070-80.
  • Hinze JO. Fundamentals of the hydrodynamic mechanism of splitting in dispersion processes. AIChE journal. 1955 Sep;1(3):289-95.
  • Nicholls JA, Ranger AA. Aerodynamic shattering of liquid drops. Aiaa Journal. 1969 Feb;7(2):285-90.
  • Joseph DD, Belanger J, Beavers GS. Breakup of a liquid drop suddenly exposed to a high-speed airstream. International Journal of Multiphase Flow. 1999 Sep 1;25(6-7):1263-303.
  • Pilch M, Erdman CA. Use of breakup time data and velocity history data to predict the maximum size of stable fragments for acceleration-induced breakup of a liquid drop. International journal of multiphase flow. 1987 Nov 1;13(6):741-57.
  • Wierzba A, Takayama K. Experimental investigation of the aerodynamic breakup of liquid drops. AIAA journal. 1988 Nov;26(11):1329-35.
  • Theofanous TG, Li GJ, Dinh TN. Aerobreakup in rarefied supersonic gas flows. J. Fluids Eng.. 2004 Jul 1;126(4):516-27.
  • Theofanous TG, Li GJ. On the physics of aerobreakup. Physics of fluids. 2008 May 1;20(5).
  • Theofanous TG. Aerobreakup of Newtonian and viscoelastic liquids. Annual Review of Fluid Mechanics. 2011 Jan 21;43(1):661-90.
  • Theofanous TG, Mitkin VV, Ng CL, Chang CH, Deng X, Sushchikh S. The physics of aerobreakup. II. Viscous liquids. Physics of Fluids. 2012 Feb 1;24(2).
  • Sharma S, Singh AP, Rao SS, Kumar A, Basu S. Shock induced aerobreakup of a droplet. Journal of Fluid Mechanics. 2021 Dec;929:A27.
  • Igra D, Takayama K. Investigation of aerodynamic breakup of a cylindrical water droplet. Atomization and Sprays. 2001;11(2).
  • Liu N, Wang Z, Sun M, Wang H, Wang B. Numerical simulation of liquid droplet breakup in supersonic flows. Acta Astronautica. 2018 Apr 1;145:116-30.
  • Meng JC, Colonius T. The Effects of Shock Strength on Droplet Breakup. InInternational Symposium on Shock Waves 2013 Jul 14 (pp. 1535-1540). Cham: Springer International Publishing.
  • Guan B, Liu Y, Wen CY, Shen H. Numerical study on liquid droplet internal flow under shock impact. AIAA journal. 2018 Sep;56(9):3382-7.
  • Henderson LF. On the refraction of shock waves. Journal of Fluid Mechanics. 1989 Jan;198:365-86.
  • Ben-Dor G, Ben-Dor G. Shock wave reflection phenomena. Berlin: Springer; 2007 Apr.
  • Krzeczkowski SA. Measurement of liquid droplet disintegration mechanisms. International Journal of multiphase flow. 1980 Jun 1;6(3):227-39.
  • Gelfand BE. Droplet breakup phenomena in flows with velocity lag. Progress in energy and combustion science. 1996 Jan 1;22(3):201-65.
  • Guildenbecher DR, López-Rivera C, Sojka PE. Secondary atomization. Experiments in Fluids. 2009 Mar;46(3):371-402.
  • Sembian S, Liverts M, Tillmark N, Apazidis N. Plane shock wave interaction with a cylindrical water column. Physics of Fluids. 2016 May 1;28(5).
  • Shen S, Li J, Tang C, Liu J, Ma X, Fan W. The viscous effect on the transient droplet deformation process under the action of shock wave. Atomization and Sprays. 2019;29(2).
  •  

 

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار