جلسه دفاع پایان¬نامه کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک- گرایش

موضوع:  شبیه سازی جریان دوفازی آب و هوا در نازل جهت تشکیل اسپری آب 

استاد راهنما: جناب آقای دکتر محسن دوازده امامی

استاد مشاور: جناب آقای دکتر رامین کوهی کمالی

استادان داور: جناب آقای دکتر احمد رضا پیشه ور- جناب آقای دکتر احمد سوهانکار

چکیده 

     جریان‌های دوفازی آب و هوا و فرآیند اتمیزاسیون از پدیده‌های پیچیده دینامیک سیالات هستند،که در بسیاری از کاربردهای صنعتی، از جمله تمیزکاری و پوشش‌ دهی سطوح، مورد استفاده قرار می‌گیرند. ضرورت انجام این پژوهش از آن‌جا ناشی می‌شود که شناخت نحوه تشکیل اسپری و مشخصات قطرات، امکان کنترل میزان انرژی و مومنتوم منتقل‌شده به سطح را فراهم می‌کند. برخورد قطرات پرسرعت آب با سطوح فلزی می‌تواند موجب ایجاد نیرو و تنش در ساختارهای سطحی و در نتیجه جدا شدن رسوبات و لایه‌های سطحی شود. از این‌ رو، نتایج این پژوهش می‌تواند در توسعه روش‌های مبتنی بر اسپری آب برای زنگ‌زدایی و پاک سازی سطوح فلزی، از جمله بدنه شناورها و کشتی‌ها، تجهیزات و مبدل‌های حرارتی، مورد استفاده قرار گیرد. نوآوری اصلی پژوهش، بررسی زنجیره کامل فرآیند از جریان دوفازی داخل نازل، تشکیل اسپری و تبدیل ساختارهای مایع به قطرات، تا بررسی اثر برخورد قطرات بر ساختارهای میکروسکوپی سطح و ارزیابی امکان جدا شدن آن‌ها است؛ موضوعی که در پایان‌نامه به‌ عنوان یک خلأ دانشی در فرآیند برداشت رسوبات و ذرات چسبیده به سطح مطرح شده است. شبیه ‌سازی جریان داخل نازل به‌ صورت گذرا انجام گرفت و برای تعیین موقعیت فصل مشترک آب و هوا از روش حجم سیال استفاده شد. پس از خروج جریان از نازل، فرآیند شکست جت و تشکیل قطرات با استفاده از رویکرد حجم سیالو انتقال به مدل فاز گسسته بررسی شد؛ به‌گونه‌ای که شکست اولیه در ناحیه نزدیک نازل با روش حجم سیال و ناحیه رقیق‌تر اسپری با مدل فاز گسسته شبیه ‌سازی شد. در ادامه، قطرات حاصل از شبیه‌ سازی اسپری به ‌عنوان ورودی مدل برخورد با سطح فولادی دارای میکروستون در نظر گرفته شدند و اثر مومنتوم قطرات بر نیروی واردشده و تنش ایجادشده در میکروستون‌ها بررسی شد. افزایش اختلاف سرعت آب و هوا موجب تقویت ناپایداری فصل مشترک و شکل‌گیری ناپایداری کلوین–هلمهولتز می‌شود. پس از خروج از نازل نیز جت مایع دچار شکست شده و قطرات با توزیع متفاوت اندازه و سرعت تشکیل می‌شوند. زاویه اسپری حاصل از شبیه‌سازی حدود 6/38 درجه به‌دست آمد. در بررسی برخورد قطرات با سطح، مشخص شد که نیروی وارد شده به ساختارهای سطحی تابعی از قطر، سرعت و زاویه برخورد قطرات است و با افزایش سرعت و قطر قطرات، نیروی برخورد و تنش ایجاد شده افزایش می‌یابد. در حالت بررسی‌شده با سرعت قطره 250 متر بر ثانیه، زاویه پاشش 70 درجه و قطرهای 130 و 1050 میکرومتر، نیروی وارد بر میکروستون‌ها نسبت به حالت اولیه حدود 1000 برابر افزایش یافت. بنابراین، نتایج عددی نشان می‌دهد که با کنترل پارامترهای اسپری می‌توان شرایط مؤثرتری برای اعمال نیروی مکانیکی به سطح و در نتیجه توسعه فرآیندهای پاک سازی و زنگ‌زدایی سطوح فلزی فراهم کرد.