واژه‌هاي كليدي: انژکتور پیچشی، دبی انژکتور، زاویه مخروط پاشش، کیفیت و توزیع پاشش فهرست مطالبفصل 1: مقدمه71-1- مقدمه71-2- انواع انژکتورهای فشاری91-2-1-انژکتورهای جت91-2-2-انژکتورهای پیچشی101-2-2-1- انژکتورهای پیچشی ساده111-2-3-انژکتورهای جت-پیچشی131-3- خلاصه فصل13فصل 2: مروری بر ادبیات14فصل 3: طراحی173-1- تئوری طراحی173-1-1-تئوری سیال ایده‌آل173-1-2-تئوری مایع لزج243-2- روش طراحی253-2-1-روند الگوریتمی طراحی انژکتور پیچشی ساده283-3- پارامترهای طراحی293-4- خلاصه فصل29فصل 4: ساخت و آزمودن انژکتور304-1- مقدمه304-2- محاسبات طراحی و ساخت انژکتور314-3- آزمودن انژکتور344-3-1- اندازه‌گیری دبی354-3-2- اندازه‌گیری زاویه پاشش384-3-3-اندازه‌گیری توزیع پاشش414-4- خلاصه فصل43فصل 5: بررسی اثر تغيير پارامترها455-1- مقدمه455-2- طراحی و ساخت455-3- بررسی کیفیت توزیع پاشش465-4- بررسی اثر تغییر اندازه سوراخ ورودی مماسی485-5- بررسی اثر تغییر اندازه سوراخ خروجی505-6- خلاصه فصل52فصل 6: خلاصه نتايج و پيشنهادها536-1- مقدمه536-2- بررسی عملکرد دو انژکتور مشابه546-2-1- نتایج546-2-2- تحلیل خطا546-2-3- پیشنهادها556-3- بررسی اثر تغییر پارامترها556-3-1- نتایج556-3-2- تحلیل خطا566-4- پیشنهاد فعالیت های آتی56مراجع57پيوست‌ها58 فهرست اشکالشکل 1-1- شمایی از یک اتمایزر............................................................................................................................................................................................8شکل 1-2 تفنگ انژکتور جت....................................................................................................................................................................................................9شکل 1-4- انواع انژکتور پیچشی(سمت راست، مارپیچ دار و سمت چپ، بدون مارپیچ).............................................................................................10شکل 1-5- قسمت‌های مختلف یک انژکتور ساده 1.سوراخ ورودی 2.محفظه چرخش 3.سوراخ خروجی 4.هسته گازی.....................................11شکل 3-1- مقطع هسته گازی خروجی و ورودی مماسی.................................................................................................................................................18شکل 3-2 وابستگی ضريب تخليه μ ، بازده پر شدن سوراخ و زاويه پاشش α به ضريب هندسی K....................................................................22شکل 3-3 شمايی برای محاسبه زاويه α..............................................................................................................................................................................23شکل 3-4 ابعاد اولیه یک انژکتور ساده پیچشی..................................................................................................................................................................25شکل 4-1- شماتیک انژکتور پیچشی با مشخص کردن اندازه‌ها......................................................................................................................................34شکل 4-3- محفظه چرخش...................................................................................................................................................................................................35شکل 4-4- صفحه اریفیس....................................................................................................................................................................................................35شکل 4-5- مجموعه آزمایش..................................................................................................................................................................................................37شکل 4-6- شماتیک مجموعه آزمایش.................................................................................................................................................................................37شکل 4-6- نمودار تئوری و تجربی دبی برحسب تغییرات فشار برای s1b1.................................................................................................................38شکل 4-7- نمودار تئوری و تجربی دبی برحسب تغییرات فشار برای s1b2.................................................................................................................38شکل 4-8- نمودار تئوری و تجربی دبی برحسب تغییرات فشار برای s2b1.................................................................................................................38شکل 4-9- نمودار تئوری و تجربی دبی برحسب تغییرات فشار برای s2b2.................................................................................................................38شکل 4-10- نوع پاشش انژکتور s1b1 به ترتیب(از راست) در فشارهای 20،12،8،2 که زوایای پاشش آنها به ترتیب 58،50،47،33 می‌باشد........................................................................................................................................................................................................................................39شکل 4-11- نوع پاشش انژکتور s1b2 به ترتیب(از راست) در فشارهای 20،13،9،2 که زوایای پاشش آنها به ترتیب 59،47،43،29 می‌باشد........................................................................................................................................................................................................................................40شکل 4-13- نوع پاشش انژکتور s2b1 به ترتیب(از راست) در فشارهای 20،12،6،2 که زوایای پاشش آنها به ترتیب 63،48،42،36 می‌باشد........................................................................................................................................................................................................................................40شکل 4-14- نوع پاشش انژکتور s2b2 به ترتیب(از راست) در فشارهای 20،12،7،3 که زوایای پاشش آنها به ترتیب 58،42،39،36 می‌باشد........................................................................................................................................................................................................................................41شکل 4-15- نمودار زاویه پاشش بر حسب تغییرات فشار برای s1b1...........................................................................................................................41شکل 4-16- نمودار زاویه پاشش بر حسب تغییرات فشار برای s1b2...........................................................................................................................41شکل 4-16- نمودار زاویه پاشش بر حسب تغییرات فشار برای s2b1...........................................................................................................................41شکل 4-17- نمودار زاویه پاشش بر حسب تغییرات فشار برای s2b2...........................................................................................................................41شکل 4-18- صفحه اسپری نشده(بالای خط)....................................................................................................................................................................42شکل 4-19- مجموعه لوله‌های آزمایش و ترازوی استفاده‌شده........................................................................................................................................43شکل 4-20- کانتور محفظه چرخش اول تحت‌فشار bar 13. فاصله سر لوله‌ها و انژکتور cm 10 می‌باشد...........................................................43شکل 4-21- کانتور محفظه چرخش دوم تحت‌فشار bar 16. فاصله سر لوله‌ها و انژکتور cm 10 می‌باشد..........................................................44شکل 5-1- کانتور محفظه چرخش1 تحت‌فشار bar 12. فاصله سر لوله‌ها و انژکتور cm 10 می‌باشد..................................................................47شکل 5-3- کانتور محفظه چرخش2 تحت‌فشار bar 12. فاصله سر لوله‌ها و انژکتور cm 10 می‌باشد..................................................................47شکل 5-4- منحنی دبی بر حسب فشار برای محفظه چرخش‌های با قطر 0.8، 1 و 1.1 و با قطر سوراخ خروجی mm 1.1..............................48شکل 5-5- زوایای پاشش برای محفظه چرخش‌های 0.8و1.1 با خروجی 1 میلی‌متر که به ترتیب 55 و 70 درجه می‌باشند...........................49شکل 5-6- وابستگی ضريب تخليه μ ، بازده پر شدن سوراخ ε و زاويه پاشش α به ضريب هندسیk...................................................................50شکل 5-6- منحنی دبی بر حسب فشار برای صفحه‌های اریفیس 0.8، 1 و 1.3 با قطر سوراخ ورودی mm 1.1...................................................50شکل 5-7- زوایای پاشش برای صفحه‌های اریفیس 0.8 و 1.3 با قطر سوراخ ورودی mm 1 که به ترتیب 52 و 65 درجه می‌باشند...............51 فهرست جداولجدول 4-1- نتایج به‌دست آمده از آزمایش تجربی با استفاده از سیستمPDA................................................................................31جدول 4-3- فرضیات اولیه طراحی...............................................................................................................................................................32جدول 4-4- پارامترهای طراحی....................................................................................................................................................................34جدول 4-5- قطعات استفاده شده.................................................................................................................................................................37جدول 5-1- قطعات طراحی شده..................................................................................................................................................................46جدول 6-1- خطای پارامترهای قابل اندازه‌گیری آزمایش.......................................................................................................................54 فهرست علائم و اختصاراتعلائم یونانیزاویه پاشش αقطر سوراخ ورودی سیال لزج[m] dpزاویه مخروط میانی βدبی جرمی [kg/s] Gچگالی [kg/m3]تعداد سوراخ مماسی ورودی iبازده پر شدن سوراخ ԑl [m] طول(ضخامت) سوراخ خروجیضريب تخليه µطول محفظه چرخش [m]ضریب اصطکاکاختلاف فشار دو سمت انژکتور [pa] Pلزجت سینماتیکی [m2/s]νفشار کل مایع [pa] Ptنسبت ضریب تخلیه برای سیال لزج به سیال ایدهآلدبی حجمی [m3/s] Qمقدار تقابلشعاع چرخش [m]Rعدد رینولدزReعلائم لاتينشعاع میانگین [m] rمساحت سطح حلقوی[m2] Aشعاع سوراخ خروجی [m]roسطح مقطع واقعی [m2] Aشعاع هسته گازی[m] rrسطح سوراخ ورودی [m2] Apشعاع بدون بعد هسته گازی Sمقدار سطح مقطع واقعی [m2] Apسرعت محوری در شعاع میانگین [m/s] uقطر محفظه چرخش [m] Dsحجم [m3] Vقطر معادل سوراخ[m]dسرعت محیطی در شعاع میانگین [m/s] vقطر سوراخ تخليه [m] doسرعت مماسی ورودی [m/s] vpقطر سوراخ مماسی ورودی [m] dpسرعت شعاعی در شعاع میانگین [m/s] w فصل 1: مقدمه1-1- مقدمهابزاری که برای اتميزه کردن مايع(يعنی تجزيه مايع به قطرات ريز) استفاده ميگردد، انژکتور ناميده می‌شود.انژکتور به بیانی ساده نوعی پاشنده است که جریان مایع را به اسپری تبدیل می‌کند. برای تعریفی جامع از انژکتور می‌توان گفت، انژکتور نوعی پمپ است که با استفاده از اثر ونتوری یک نازل همگرا-واگرا، انرژی فشاری سیال را به انرژی دینامیکی (سرعتی) تبدیل می‌کند. نام های دیگری مانند اتمایزر و اجکتور (تزریق کننده یا افشانک) نیز به آن تعلق گرفته است.انژکتورها زمانی به‌کاربرده می‌شوند که نیاز به‌سرعت در پاشش سیال، مثلاً پاشش سوخت در محفظه احتراق، و یا نیاز به سطح تبادلی بیشتر با پیرامون باشد. به طور کلی هرگاه یک پاشش کنترل‌شده از سیال مد نظر باشد، از انژکتور استفاده خواهد شد.برای اولین بار این وسیله توسط یک مهندس فرانسوی به نام هنری گیفرد در سال 1858 میلادی اختراع شد.در شکل 1-1 یک نمونه از اتمایزر نشان داده شده است. شکل 1-1- شمایی از یک اتمایزر]1[ از اولین کاربردهای انژکتور می‌توان به لوکوموتیوهای بخار اشاره داشت که در آنها از انژکتور برای پمپ کردن آب تغذیه بویلر لوکوموتیو استفاده می‌شد.انژکتورها در موارد متعددی کاربرد دارند که شاید متداول‌ترین مورد استفاده آنها در محفظه‌های احتراق باشد. اعم از اینکه در مورد یک خودرو صحبت شود یا اینکه در مورد محفظه احتراق موشک. در این نوع از انژکتورها سوخت به گونه‌ای پاشیده و اتمیزه می‌شود که بهترین راندمان سوختن در محفظه حاصل شود.همچنین در مواردی که نیاز به خنک کاری بیشتری باشد می‌توان از انژکتور استفاده کرد تا با استفاده از سطح بیشتر ذرات آب، انتقال حرارت بالاتری حاصل شود. نمونه این استفاده در نیروگاه‌ها یافت می‌شود.افت فشار در انژکتور به انرژی جنبشی تبديل می‌شود، که قاعده عملکرد انژکتورهای فشاری[1] با يک تخليه ساده [2] يا تخليه پیچشی[3] می‌باشد.انژکتورهای فشاری در قياس با ديگر انژکتورها به علت سادگیشان بیش‌ترین استفاده را دارند، ولی برای بسياری از مايعات لزج مناسب نيستند و همچنين کيفيت عملکرد آنها با افزايش دبی جريان کاهش میيابد.تقسیمبندی بنيادی اين گروه از انژکتورها در سه نوع است : جت[4]، پیچشی[5]، جت-پیچشی[6].1-2- انواع انژکتورهای فشاری1-2-1- انژکتورهای جتنوع جت، سادهترین مدل‌ها در طراحی است که خود به انواع simple atomizer ،group atomizer ،impinging jet atomizer ،blast atomizer و fan atomizerتقسیمبندی می‌شود.انژکتورهای جت به دو نوع تقسیم می‌شوند: انژکتورهای پیوسته[7](باز) و متناوب[8](بسته). انژکتورهای پیوسته سادهترین نوع همه انژکتورهاست. انژکتورهای متناوب نیز نوع بسیار سادهای در طراحی و تکنولوژی است.یک استفاده مهم این نوع انژکتور در سرنگ‌های تزریق است. در این روش به‌جای استفاده از سوزن از یک انژکتور جت با فشار بالا استفاده می‌شود تا ماده تزریقی به شکل یک جت باریک به داخل پوست نفوذ کند(شکل 1-2). به این وسیله تفنگ انژکتور جت[9] گفته می‌شود. شکل 1-2 تفنگ انژکتور جت]2[ از استفاده‌های دیگر این انژکتور می‌توان به موتور دیزل و اسپری رنگ اشاره نمود. 1-2-2- انژکتورهای پیچشینام این انژکتور از چرخش مایع داخل آن نشئت می‌گیرد. این انژکتورها به چندین دسته تقسیم می‌شوند؛ که بطورکلی همه آنها یک ذرهسازی خوب را برای افت فشار متوسط و حتی کوچک تضمین میکنند. به این علت و نیز طراحی نسبتاً ساده آنها، انژکتورهای پیچشی وسیع‌ترین استفاده را در همه انواع انژکتور دارند. مثال‌های کاربردی آنها توربین گاز و تهویه‌های هوا می‌باشد.انژکتورهای پیچشی رایج‌ترین مورد استفاده را دارند، زيرا در قياس با ساير انژکتورها امتيازهايی اساسی دارند:ü طراحی نسبتاً آسانü اطمينان بالاü کيفيت بالای پاششü توان مصرفی کمدر یک تقسیمبندی، این انژکتورها به انواع simplex atomizer،duplex atomizer،spill- return atomizer ،variable geometry atomizer تقسیمبندی می‌شوند.انژکتورهای نوعsimplexرایج‌ترین نوع انژکتورهای پیچشیهستند که خود به دو نوعaxial atomizers وangular atomizers تقسیمبندی می‌شوند. این تقسیمبندی ناشی از آن است که از یک منظر زاویه بین راستای ورودی سیال و خروجی آن 90درجه است و از منظر دیگر جهت ورودی و خروجی در محور انژکتور به هم منتهی می‌شوند.انژکتورهای نوع duplexانژکتورهای قابل‌کنترل با دو مرحله تغذیه هستند. ازآنجایی که در این نوع، رنج تغییرات جریان، 5 تا 10 برابر و در بعضی موارد تا 25 برابر است از آنها می‌توان در توربین گاز هواپیماها استفاده کرد.نوع spill-returnدر سال 1921ثبت شد و در ابتدا برای مشعل بویلرهای کشتی‌ها استفاده شد و بعدها نیز در کاربردهای بالاتری مثل توربین گاز هواپیماها مورد استفاده قرار گرفت. این نوع تقریباً مشابه simple atomizerاست، با این تفاوت که از دو بخش تشکیل شده است؛ یک بخش مخصوص پاشش است و بخش دیگر دوباره ازانژکتور به سیستم تغذیه بر می‌گردد.در نوع variable-geometry عملکرد انژکتور که با سطح اریفیس ورودی قابل‌کنترل است ،بر اساس بازو بسته شدن سوزنانژکتور که به آن pintle می‌گویند انجام می‌شود و راستای حرکت سوزن در جهت محور انژکتور است.