Lektorált tudományos közlemény

Levegő-segédközeges porlasztó dimenziótlan sebességprofiljainak értékelése

2021/3. lapszám | Rácz Erika, Józsa Viktor |  380 |

Porlasztókkal gyakran találkozunk az energetikai alkalmazások mellett különböző iparágakban (mezőgazdaság, vegyipar, nehéz- és könnyűipar). Mivel a porlasztás folyamata kaotikus és igen nagy térbeli méretskálákat fog át, ezért a permetkép jellemzése ma is elsősorban méréses úton valósítható meg. Jelen cikkben egy Capstone C-30 mikro-gázturbina levegő-segédközeges porlasztójának permetképét értékeltük, melyet korábban Fázis Doppler Anemométeres technikával mértek igen széles paramétertartományokon. A nagy adathalmazból az eddigi kutatások elsősorban a folyadékcseppek méretére, illetve ezek alakulására fókuszáltak, ebben a tanulmányban a sebességeloszlást értékeltük. A kétfázisú áramlás és a többlépcsős permetképződési folyamat a hagyományos szabadsugár viselkedésétől némileg eltér. A nagyszámú mért egyedi csepp miatt az adathalmazt statisztikai módszerekkel lehetséges hatékonyan feldolgozni. A cikkben ismertettünk egy dimenziótlanítási lehetőséget, amelynek eredményeképp az igen különböző körülmények mellett származtatott sebesség-hisztogramok igen jól egybeestek a permet középső régiójában. A peremrégióban a kevés mérési adatpont erősen sztochasztikus jelleget mutatott.

Alkalmazási területek és kihívások

Több mint 110 év telt már el a Bánki-Csonka-féle porlasztó szabadalmaztatása óta, azonban a porlasztás folyamata a mai napig aktív kutatás tárgya. Ennek fő oka, hogy a folyadék-levegő interakciója kaotikus folyamat a porlasztásban szokásos körülmények mellett, azaz a fizikai feltételekre végtelen érzékenységet mutat. Nem véletlen, hogy a jellemző cseppméretek közelítésére csak empirikus és félempirikus modellek léteznek [1]. Az élvonalbeli numerikus szoftverek is alapvetően ezekre támaszkodnak [2], mivel bár a folyadéksugár felbomlása szimulálható [3], ez igen nagy számítási kapacitásokat emészt fel, így a jelenlegi eszközeinkkel egy teljes tűzteret lehetetlen modellezni. Mind az energiatermelésben, mind a repülésben jelentős szerepe van a gázturbináknak, amelyeket akár gáz és folyadék halmazállapotú tüzelőanyagok használatára is alkalmaznak. A folyadékok optimális tüzelése megfelelő párolgási viszonyokat igényel, amely a folyadék szükséges méretű cseppekké történő porlasztásával érhető el [4]. A tüzelési módszerek fejlesztéséhez, optimalizálásához így szükséges a porlasztási folyamatok és körülmények széleskörű vizsgálata. A kapcsolódó kutatás az olvasók számára jól ismert energetikai alkalmazások mellett a gyógyszerészet [5], a porkohászat [6] és a festékszórási technológiák [7] esetén is releváns. Jelen cikkben levegő-segédközeges porlasztóval kapcsolatos eredményeinket mutatjuk be, hiszen ez a kialakítás ideális a porlasztási folyamat értékelésére az egyszerű geometriai kialakítása miatt.

Köszönetnyilvánítás

Jelen cikk a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatásával, az NKFI Alapból az OTKA-FK 124704 projekten keresztül valósult meg.

Hivatkozások

1. Lefebvre, A.H., McDonell, V.G.: Atomization and Sprays. Second. Boca Raton, FL, FL: CRC Press; 2017.
2. ANSYS Inc. ANSYS Fluent Theory Guide. Release 20R1 2020. doi.org
3. Behzad M, Ashgriz N, Karney BW. Surface breakup of a nonturbulent liquid jet injected into a high pressure gaseous crossflow. Int J Multiph Flow 2016;80:100–17. doi.org
4. Lefebvre, A.H., Ballal, D.R.: Gas turbine combustion. third. Boca Raton: CRC Press; 2010.
5. Poozesh, S., Lu, K., Marsac, P.J.: On the particle formation in spray drying process for bio-pharmaceutical applications: Interrogating a new model via computational fluid dynamics. Int J Heat Mass Transf 2018;122:863–76. doi.org
6. Fritsching, U.: Droplets and particles in sprays: tailoring particle properties within spray processes. China Particuology 2005;3:125–33. doi.org
7. Schäfer, W., Rosenkranz, S., Brinckmann, F., Tropea, C.: Analysis of pneumatic atomizer spray profiles. Particuology 2016;29:80–5. doi.org
8. Urbán A., Malý, M., Józsa V., Jedelský, J.: Effect of liquid preheating on high-velocity airblast atomization: From water to crude rapeseed oil. Exp Therm Fluid Sci 2019;102:137–51. doi.org
9. Lajos T.: Az áramlástan alapjai. 4th ed. Budapest: Lajos Tamás; 2008.
10. MathWorks. MATLAB, Statistics Toolbox Release 2020b 2020.

Lektorált tudományos közlemény