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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.3.1999.tde-11042002-132126
Document
Author
Full name
Marcelo Mendes Vieira
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 1999
Supervisor
Committee
Simões-Moreira, José Roberto (President)
Franca, Fernando de Almeida
Pimenta, Marcos de Mattos
Title in Portuguese
Estudo experimental de jatos evaporativos.
Keywords in Portuguese
líquido metaestável
método schlieren
mudança de fase
ondas de choque
ondas de evaporação
Abstract in Portuguese
Foi construído um arranjo experimental para estudar o comportamento dos jatos evaporativos. Um injetor foi projetado para controlar e manter constantes a pressão e temperatura de reservatório durante a injeção. Um bocal cônico convergente de seção reta com diâmetro de saída de 0,30 mm e ângulo entre sua geratriz e seu eixo simetria igual à 10º forma o elemento principal do injetor. O jato é descarregado em uma câmara de baixa pressão de dimensões suficientemente grandes para manter a pressão constante durante o curto período de ensaio, igual à 1 s. Quando injetado, o líquido sofre uma repentina queda de pressão ocasionando sua evaporação. Os fluidos utilizados são os combustíveis querosene e óleo diesel, e a substância n-dodecano, os quais se caracterizam pela possibilidade de uma evaporação completa, de forma adiabática. Utilizou-se o método "schlieren" para a visualização do escoamento. A análise dos jatos é feita de forma qualitativa através dos registros fotográficos. Foram observados os seguintes tipos de jato: (1) contínuo, (2) pulverizante e (3) evaporação na superfície. O primeiro jato não implica em imediata mudança de fase tornando o jato de líquido emergente intacto. Com o aumento da temperatura de injeção, existe o espalhamento e a evaporação do jato, formando o segundo tipo de jato, onde é possível visualizar o campo do gradiente de densidade do escoamento e a formação de ondas de evaporação e de choque que pode ocorrer a uma distância proporcional a vários diâmetros à jusante. Em jatos com evaporação completa, foram constadas a formação de ondas de choque tanto de formas elipsóide como de esferóide para elevadas temperaturas. As fotografias digitais são submetidas à filtragem e processamento matemático para melhor destacar tais fenômenos do escoamento.
Title in English
Experimental study of evaporating jets.
Keywords in English
evaporation waves
flashing jets
metastable liquid
schlieren method
shock waves
Abstract in English
An experimental apparatus has been built to study the behaviour of flashing jets. An injector was designed to control and maintain the jet pressure and temperature at constant values during the injection process. A conical convergent nozzle whose main dimensions are 0,30 mm of exit diameter, 8 mm long, and a convergence half-angle of 10º is the central component of the injection system. The jet is discharged into a low-pressure chamber large enough to keep the reservoir pressure constant during the short test period of about 1 s. As the testing liquid expands in the nozzle it undergoes a sudden pressure drop causing its evaporation. The fluids are usual fuels, such as kerosene and diesel oil, and the substance ndodecane, which are distinguishable by the possibility of a complete evaporation in an isoentropic expansion process. The photographic method "schlieren" is used for flow visualisation. A qualitative analysis is made of the photographic documentation of the images obtained using a CCD camera. The images can be grouped into three categories of jets: (1) continuous, (2) shattering, and (3) with surface evaporation. The first regime has an undisturbed a liquid column, which remains more or less intact during the injection process. In the second type, the existing liquid jet is shattered by vapour nucleation and, in some cases, shock waves are clearly visible. It happens at higher temperature than the preceding evaporation mode. Finally, in special situations, the jet undergoes an evaporation at its surface and the two-phase mixture expands at a high speed followed by a shock wave before the mixture attains the pressure reservoir.
 
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pro_jet.pdf (9.44 Mbytes)
Publishing Date
2002-07-25
 
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