دانلود مقاله ترجمه شده مدلسازی عددی جت های آبی مستغرق فوق بحرانی در یک جریان دوگانه زیر بحرانی

 چکیده

در میان کاربردهای مختلف سیالات فوق بحرانی، استفاده از جت های مستغرق آبی در فرایندهای متفاوتی مانند تولید نانوذرات یا کاربردهای احتراقی متداول است. این مقاله، یک روش محاسباتی را برای مدلسازی و شبیه سازی تزریق فوق بحرانی و زیربحرانی آب در یک جریان دوگانه زیربحرانی ارائه می کنیم. در این کار، ما بر شبیه سازی عددی این فرایند، با تاکید بر مدلسازی ترکیبی متمرکز می شویم. جت های آبی مستغرق فوق بحرانی و زیر بحرانی در یک جریان دوگانه زیربحرانی تحلیل می شوند و اعتبار آنها در برابر داده های تجربی با دقت خوبی تصدیق می شود (کمتر از 5% انحراف میانگین مطلق). نتایج اصلی نشان می دهند که نواحی مرکب در دماهای زیر بحرانی پایسته تر از دماهای فوق بحرانی هستند. به علاوه، به علت آهنگ اتلاف کم یافته شده، سیستم به صورت ضعیف در مقیاس میکرو مخلوط می شود و مخلوط شدن کامل در مقیاس مولکولی هرگز حاصل نمی شود. یک روش بر پایه ارزیابی طول اختلاط ماکرو به کار می رود. با استفاده از این روش، حضور و مکان نواحی اختلاط بهتر تعیین می شود که نشان می دهد زمانی که فشار کاملاً بالای نقطه بحرانی است ، رفتار دینامیکی سیال به شرایط زیربحرانی شبیه تر است. دلیل این نتایج بیان و تحلیل می شود.

-1مقدمه

تکنیک های بر پایه سیال زیربحرانی در بسیاری از حوزه های کاربردی مانند سنتز نانوذرات [1]، انهدام زباله های آلی [2]، حفاری چاه های عمیق [3] و هوافضا [4] مورد استفاده قرار می گیرند. یک تحلیل نظری از فرایندها، می تواند برای تفسیر نتایج تجربی و طراحی آزمایش های جدید بسیار مفید باشد [5]

فیزیک سیالات فوق بحرانی ، شهودی نیست زیرا آنها مشخصه هایی دارند که هم مشابه گازها و هم مشابه مایعات است [6]. وقتی مسئله شامل تزریق یک جریان چگالی بالا به یک محیط فوق بحرانی یا فرایند اختلاط بین یک جریان مایع در فشار فوق بحرانی و یک جریان کامل فوق بحرانی باشد، مسائل دیگری نیز به وجود می آیند. زمانی که ما پدیده هایی از این نوع در یک مخلوط کننده یا محفظه واکنش داریم، اگر فشار زیربحرانی باشد، جت های مایع تزریق شده ، متحمل آبشار کلاسیکی فرایندهای مربوط به اتمی سازی می شوند. نیروهای دینامیکی و تنش سطحی، شکل گیری یک اسپری ناهمگن را به پیش می برند که به صورت پیوسته در محدوده وسیعی از رژیم های ترموفیزیکی تکامل می یابد. زمانی که فشار محفظه از فشار بحرانی سیال یا مخلوط بیش تر می شود، جت های مایع تزریق شده دستخوش یک تغییر حالت «دوگانه» می شوند به صورتی که دمای سیال سطحی بالا می آید و از دمای بحرانی یا اشباع مخلوط موضعی بیشتر می شود. در این موقعیت، نیروهای بین مولکولی تقلیل یافته ، فرایندهایی با پخش غالب را بیش از اتمی سازی ارتقا می دهند و جت های مربوطه تبخیر می شوند که یک سیال پیوسته را در حضور گرادیان های بسیار بزرگ تشکیل می دهند [7]. بنابراین، خصوصیات سیال و گرادیان های فضایی آنها به صورت پیوسته در میدان تغییر می کند [8]. اخیرا دو پژوهش تجربی توسط سگال و پولیکوف [9] و روی و سگال [10] درباره تزریق دوگانه جت های مدور گزارش شده است…