جوشش قطره (Droplet Boiling) در مدل DPM
Droplet Boiling In DPM Model
جوشش قطره (Droplet Boiling) در مدل DPM (قانون 3) برای پیش بینی جوشش همرفت (Convective Boiling) قطرات فاز گسسته هنگامیکه دمای قطرات به دمای جوش رسیده (معادله 121)، اعمال می‌گردد. این قانون تا زمانیکه ذره هنوز حاوی جرمی است که می‌تواند تبخیر شود معتبر است (معادله 122). به عبار دیگر جرم ذره بیشتر از جرم غیر فرار آن باشد. این قانون در قالب شرایط در روابط (121 و 122) بیان می‌شود. وقتی دمای قطره به نقطه جوش می‌رسد نرخ جوشش با حل معادلات (115 و 116) و براساس قطر ذره (رابطه 123) محاسبه می‌شود.
که ∞Cp: ظرفیت گرمایی گاز (J/kg-K)،
ρp: چگالی قطره (kg/m3)
Red: عدد رینولدز قطره (معادله 3)،
Pr: عدد پرانتل فاز پیوسته و
∞K: ضریب هدایت حرارتی گاز (W/m-K) می‌باشد.
قابل توجه است تا نسخه 19.3 نرم افزار Fluent حالت ساده شده معادله (123) که در آن عدد Pr ثابت و برابر 0.45 است بکار می‌رود. در این حالت ترم 0.6Re1/2Pr1/3 به 0.46Re1/2 خلاصه شده است. همچنین نرم افزار فلوئنت گزینه‌ای را در اختیار کاربر قرار داده که در آن ظرفیت حرارتی گاز، ∞Cp، برابر با ظرفیت حرارتی گونه‌های شیمیایی تبخیر شونده می‌باشد.
در معادله (123) فرض جریان پایا در فشار ثابت برقرار است. باید توجه داشت که لازمست T∞>Tboil شود تا جوشش اتفاق بیافتد. همچنین طبق قانون جوشش، دمای قطره در دمای جوش، Tboil، ثابت باقی می‌ماند.
درصورت انتقال حرارت تابشی، نرم افزار Fluent از فرم اصلاح شده معادله (123) براساس معادله (115) و با فرض ثابت بودن دمای قطره استفاده می‌کند (معادله 124 یا 125). با بکارگیری معادله (99) بمنظور تصحیح عدد ناسلت و جایگذاری ترم 0.3Pr1/3 با مقدار تجربی 0.23 معادله (123) به فرم معادله (126) تغییر می‌کند.
نرم افزار فلوئنت از معادله (126) زمانی استفاده می‌کند که مدل انتقال حرارت تابشی در آن فعال باشد. معادله (123) نیز برای زمانیکه هیچ مدل تابشی فعال نباشد در این نرم افزار بکار می‌رود. انتقال حرارت تابشی به ذره تنها در صورتی لحاظ می‌گردد که شما از یکی از مدل‌های P-1 یا DO استفاده می‌کنید. البته پیش از هر چیز لازمست که گزینه Particle Radiation Interaction در Discrete Phase Model Dialog Box را فعال کنید!
فرض بر اینست که دمای قطره در زمان استفاده از معادله نرخ جوشش ثابت بماند. قانون جوشش در طول مسیر حرکن ذره بکار گرفته می‌شود. انرژی مورد نیاز برای تبخیر بصورت یک ترم چاه حرارتی در معادله انرژی فاز گاز ظاهر می‌شود. مایع تبخیر شده در فاز گاز با عنوان گونه شیمیایی i توسط کاربر و در ورودی‌های تعریف شده برای گونه‌های شیمیایی نهایی، تعیین می‌شود.
مطالب مرتبط
تبخیر قطره (Droplet Vaporization) در مدل DPM
فرّار زدایی یا حذف مواد فرار ذره (Devolatization)
تعریف ذرات چند مؤلفه‌ای در مدل DPM