-
سبد خرید شما خالی است!
نمایش منو
سبد خرید شما خالی است!
آشنایی با انژکتور و انواع آن
در ادامه مقالات آموزشی رشته مهندسی مکانیک گرایش سیالات و پس از آشنایی با جریان آشفتگی و تجهیزات بازیابی حرارت در این مقاله آموزشی به آشنایی با انژکتور و انواع آن می پردایم که امیدواریم برای شما دانشجویان و فارغ التحصیلان رشته مهندسی مکانیک برای ارایه مقاله های آموزشی و پژوهشی, پایان نامه های کارشناسی ارشد مفید واقع شود .
در ادامه به آشنایی با انژکتور و انواع آن می پردازیم.
اتمیزاسیون یک مایع به ذرات جدا از هم میتواند با روشهای مختلفی مانند: آیرودینامیکی، مکانیکی و آلتراسونیکی یا الکترواستاتیکی و ... انجام شود. برای مثال تفکیک مایع به ذرات میتواند به وسیله برخورد یک گاز با دو مایع، به وسیله نیروی گریز از مرکز در اتمیزاسیون چرخشی، به وسیله ارتعاشات التراسونیک با استفاده از یک مبدل پیزوالکتریک در اتمیزاسیون التراسونیک، یا به وسیله نیروی الکترواستاتیک یا الکترومغناطیسی در یک میدان الکتریکی و مغناطیسی در اتمیزاسیون الکترواستاتیک یا الکترومغناطیسی بدست آید. فرایند اتمیزاسیون همچنین ممکن است بر طبق انرژی مصرفی برای تولید ناپایداری در مایع تقسیم‌بندی شود.
برای مثال انرژی فشاری در اتمیزاسیون فشاری و انرژی گریز از مرکز برای اتمیزاسیون چرخشی و انرژی مایعات و گازها برای اتمیزاسیون دوسیاله و انرژی ارتعاشی برای اتمیزاسیون اکوستیک و التراسونیک استفاده می‌شود. کاربردی‌ترین فرایندهای اتمیزاسیون برای مایع شامل اتمیزاسیون فشاری، اتمیزاسیون دوسیاله، اتمیزاسیون چرخشی میشوند. بسیاری از فرایندهای مفید دیگر، در اتمیزاسیون مایعات ایده‌آل که در کاربردهای ویژه رشد یافته‌اند شامل اتمیزاسیون با گازحل شونده، اتمیزاسیون الکترواستاتیک، اتمیزاسیون التراسونیک، اتمیزاسیون صفیر و... میشوند. این فرایندها میتواند به دو گروه بزرگ بر حسب سرعت نسبی بین مایعی که اتمیزه می‌شود و محیط اطراف تقسیم‌بندی شوند. در گروه اول یک مایع با سرعت بالا به یک محیط ساکن یا گاز )هوا یا گازهای دیگر ( با سرعت آرام تخلیه می‌شود.
فرایندهای برجسته در این گروه برای مثال شامل اتمیزاسیون فشاری و اتمیزاسیون چرخشی می‌شود. در گروه دوم مایع دارای حرکت نسبی کند، در معرض جریان گاز در سرعت بالا قرار میگیرد. این گروه برای مثال شامل اتمیزاسیون دوسیاله، اتمیزاسیون سوتی )صفیر( می‌باشند.
اتمیزاسیون شاید گسترده‌ترین پروسه برای تولید قطره باشد. پروسه‌های اتمیزاسیون به طور ذاتی پیچیده‌اند و شامل تاثیر همزمان حالت ترمودینامیکی و طراحی انژکتور می‌باشند. طراحی بهتر و مناسب انژکتور سبب بهبود عملکرد سامانه‌ی موتور می‌شود. طراحی انژکتور پیشران مایع بسیار دشوار است زیرا بسیاری از پروسه‌های فیزیکی به طور همزمان اتفاق می‌افتد و زمان زیای می‌برد. همچنین، می‌بایست بسیاری از پارامترهای مهم در طراحی انژکتور همچون عرض، قطر سوراخ، زاویه و سرعت تزریق بهینه‌سازی شود. تجزیه‌ی مایع مکانیزم پیچیده‌ای دارد و به شدت به عوامل داخلی و خارجی از انژکتور وابسته است. به طورکلی این تجزیه از سطح مایع به علت تاثیر نیروهای آیرودینامیک شروع می‌شود که اندازه بزرگی این نیروها به سرعت جریان و به غلظت گاز بستگی دارد. نیروهای آیرودینامیکی سعی در درهم شکستن و متوقف ساختن جریان را دارند اما نیروهای کشش سطحی در مقابل آن مقاومت می‌کنند و این اندرکنش متقابل نیروها باعث می‌شود که مایع پیوسته، در نهایت به قطرات ریز تجزیه شود.
در اثر تاثیر و بر هم کنش نیروهای داخلی )ناشی از ویسکوزیته، کشش سطحی و ...( و نیروهای خارجی )ناشی از سرعت نسبی حرکت سیال، چگالی محیط اطراف، ابعاد ذرات سیال و ...( بر روی یکدیگر، سیال در خروجی از انژکتور، دچار نوسانات پریودیک با دامنه افزاینده می‌شود که نهایتا منجر به متلاشی و پودر شدن سیال می‌گردد. در انژکتورهای گریز از مرکز نیروهای گریز از مرکز باعث آشفتگی بیشتر جریان می‌شود و در نتیجه پروسه پودر شدن قطرات در این نوع انژکتورها بهتر صورت میگیرد. به طور خلاصه میتوان عوامل اتمیزه شده سیال را در موارد زیر خلاصه کرد:
که مورد سوم در همه‌ی انژکتورها وجود ندارد بلکه به تناسب اهداف ساخت، این مورد را در فضای محفظه احتراق عملی می‌کنند. در نهایت گسست یا همان اتمیزاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که نیروی کشش سطحی نتواند بر این سه عامل غلبه کند. سیال در ابتدای خروج از انژکتور به صورت ورقه‌هایی خارج می‌شود و سپس تحت تاثیر بیشتر این عوامل به قطرات ریزتر تبدیل می‌گردد. بطور کلی تبدیل جت مایع به قطرات ریز اسپری در دو مرحله صورت میگیرد. در مرحله اول ناپایداری سطحی جت مایع و تشکیل لیگامنت‌ها و یا توده های کروی نسبتا بزرگ اولیه را خواهیم داشت.
مرحله اول اغلب به فرایند اتمیزاسیون یا شکست اولیه معروف است. مرحله دوم شامل ایجاد ناپایداری سطحی در جداره قطرات بزرگ )قطرات والد(، متلاشی شدن آنها و تشکیل قطرات ریزتر (فرزند) می‌باشد. این مرحله تحت عنوان شکست ثانویه شناخته می‌شود.
اتمیزاسیون یک مایع به ذرات جدا از هم میتواند با روشهای مختلفی مانند: آیرودینامیکی، مکانیکی و آلتراسونیکی یا الکترواستاتیکی و ... انجام شود. برای مثال تفکیک مایع به ذرات میتواند به وسیله برخورد یک گاز با دو مایع، به وسیله نیروی گریز از مرکز در اتمیزاسیون چرخشی، به وسیله ارتعاشات التراسونیک با استفاده از یک مبدل پیزوالکتریک در اتمیزاسیون التراسونیک، یا به وسیله نیروی الکترواستاتیک یا الکترومغناطیسی در یک میدان الکتریکی و مغناطیسی در اتمیزاسیون الکترواستاتیک یا الکترومغناطیسی بدست آید. فرایند اتمیزاسیون همچنین ممکن است بر طبق انرژی مصرفی برای تولید ناپایداری در مایع تقسیم‌بندی شود. برای مثال انرژی فشاری در اتمیزاسیون فشاری و انرژی گریز از مرکز برای اتمیزاسیون چرخشی و انرژی مایعات و گازها برای اتمیزاسیون دوسیاله و انرژی ارتعاشی برای اتمیزاسیون اکوستیک و التراسونیک استفاده می‌شود.
کاربردی‌ترین فرایندهای اتمیزاسیون برای مایع شامل اتمیزاسیون فشاری، اتمیزاسیون دوسیاله، اتمیزاسیون چرخشی میشوند. بسیاری از فرایندهای مفید دیگر، در اتمیزاسیون مایعات ایده‌آل که در کاربردهای ویژه رشد یافته‌اند شامل اتمیزاسیون با گازحل شونده، اتمیزاسیون الکترواستاتیک، اتمیزاسیون التراسونیک، اتمیزاسیون صفیر و... میشوند. این فرایندها میتواند به دو گروه بزرگ بر حسب سرعت نسبی بین مایعی که اتمیزه می‌شود و محیط اطراف تقسیم‌بندی شوند. در گروه اول یک مایع با سرعت بالا به یک محیط ساکن یا گاز )هوا یا گازهای دیگر ( با سرعت آرام تخلیه می‌شود.
فرایندهای برجسته در این گروه برای مثال شامل اتمیزاسیون فشاری و اتمیزاسیون چرخشی می‌شود. در گروه دوم مایع دارای حرکت نسبی کند، در معرض جریان گاز در سرعت بالا قرار میگیرد. این گروه برای مثال شامل اتمیزاسیون دوسیاله، اتمیزاسیون سوتی )صفیر( می‌باشند.
اتمیزاسیون شاید گسترده‌ترین پروسه برای تولید قطره باشد. پروسه‌های اتمیزاسیون به طور ذاتی پیچیده‌اند و شامل تاثیر همزمان حالت ترمودینامیکی و طراحی انژکتور می‌باشند. طراحی بهتر و مناسب انژکتور سبب بهبود عملکرد سامانه‌ی موتور می‌شود. طراحی انژکتور پیشران مایع بسیار دشوار است زیرا بسیاری از پروسه‌های فیزیکی به طور همزمان اتفاق می‌افتد و زمان زیای می‌برد. همچنین، می‌بایست بسیاری از پارامترهای مهم در طراحی انژکتور همچون عرض، قطر سوراخ، زاویه و سرعت تزریق بهینه‌سازی شود. تجزیه‌ی مایع مکانیزم پیچیده‌ای دارد و به شدت به عوامل داخلی و خارجی از انژکتور وابسته است. به طورکلی این تجزیه از سطح مایع به علت تاثیر نیروهای آیرودینامیک شروع می‌شود که اندازه بزرگی این نیروها به سرعت جریان و به غلظت گاز بستگی دارد. نیروهای آیرودینامیکی سعی در درهم شکستن و متوقف ساختن جریان را دارند اما نیروهای کشش سطحی در مقابل آن مقاومت می‌کنند و این اندرکنش متقابل نیروها باعث می‌شود که مایع پیوسته، در نهایت به قطرات ریز تجزیه شود.
در اثر تاثیر و بر هم کنش نیروهای داخلی )ناشی از ویسکوزیته، کشش سطحی و ...( و نیروهای خارجی )ناشی از سرعت نسبی حرکت سیال، چگالی محیط اطراف، ابعاد ذرات سیال و ...( بر روی یکدیگر، سیال در خروجی از انژکتور، دچار نوسانات پریودیک با دامنه افزاینده می‌شود که نهایتا منجر به متلاشی و پودر شدن سیال می‌گردد. در انژکتورهای گریز از مرکز نیروهای گریز از مرکز باعث آشفتگی بیشتر جریان می‌شود و در نتیجه پروسه پودر شدن قطرات در این نوع انژکتورها بهتر صورت میگیرد. به طور خلاصه میتوان عوامل اتمیزه شده سیال را در موارد زیر خلاصه کرد:
که مورد سوم در همه‌ی انژکتورها وجود ندارد بلکه به تناسب اهداف ساخت، این مورد را در فضای محفظه احتراق عملی می‌کنند. در نهایت گسست یا همان اتمیزاسیون زمانی اتفاق می‌افتد که نیروی کشش سطحی نتواند بر این سه عامل غلبه کند. سیال در ابتدای خروج از انژکتور به صورت ورقه‌هایی خارج می‌شود و سپس تحت تاثیر بیشتر این عوامل به قطرات ریزتر تبدیل می‌گردد. بطور کلی تبدیل جت مایع به قطرات ریز اسپری در دو مرحله صورت میگیرد. در مرحله اول ناپایداری سطحی جت مایع و تشکیل لیگامنت‌ها و یا توده های کروی نسبتا بزرگ اولیه را خواهیم داشت.
مرحله اول اغلب به فرایند اتمیزاسیون یا شکست اولیه معروف است. مرحله دوم شامل ایجاد ناپایداری سطحی در جداره قطرات بزرگ )قطرات والد(، متلاشی شدن آنها و تشکیل قطرات ریزتر (فرزند) می‌باشد. این مرحله تحت عنوان شکست ثانویه شناخته می‌شود.
برای آشنایی با سایر مقالات آموزشی رشته مهندسی مکانیک می توانید با کلیک بر روی عنوان های زیر به مقاله های مورد نظر هدایت شوید:
