مجله اینترنتی دیتاسرا
امروز چهارشنبه ۲۹ دی ۱۳۹۵

مطالعه‌ی تجـربی حالت‌های عملکردی پاشش الکترو هیدرودینامیک اتانول

چکیده



الکترواسپری به عنوان یکی از روش‌های پاشش مایع به علت تولید قطرات با سایز بسیار ریز و توزیع یکسان از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است، لذا شناسایی حالت‌های مختلف ناشی از آن بسیار مفید بوده و نشان دهنده‌ی رفتار مایع در میدان الکتریکی می‌باشد. در این مقاله به صورت یک مطالعه‌ی تجربی، حالت‌های مختلف الکترواسپری براساس شکل منقاره‌ی مایع خروجی از نازل و چگونگی ایجاد جت و شکست آن معرفی می‌گردند و به حالت‌های چکیدن، هم‌نژاد، دوکی شکل، دوکی شکل چندگانه، مخروط متناوب، جت نوسانی، جت منحرف، جت مخروطی، جت چندگانه، جت ساده و جت منشعب تقسیم بندی می‌گردند و نیروهای وارد بر جت و قطرات در هر حالت بررسی می‌گردند. نهایتا برای اولین بار در دنیا نمودار دبی بر جسب ولتاژ که بیانگر دامنه‌ی عملکردی حالت‌های مختلف الکترواسپری می‌باشد، برای اتانول مایع که به عنوان یک سوخت پاک پرکاربرد می‌باشد در دامنه‌ی وسیعی از دبی بین 0-80 ml⁄h و ولتاژ بین 0-8.5kV رسم می‌شود. لازم به ذکر است کلیه مطالعات پیش رو شامل بر شناسایی حالت‌های پاشش و دامنه‌ی تغییرات آنها براساس عکسبرداری به روش سایهنگاری توسط یک دوریبن سرعت بالا و یک دوربین با وضوح تصویر بالا از پدیده الکترواسپری انجام شده است. در چینش حاضر مشاهده شد برای همه‌ی دبی‌ها در ولتاژهای کوچک‌تر از 3kV حالت چکیدن که گاهی به همراه حالت هم‌نژاد است ایجاد می‌گردد، در ولتاژهای بین 3-4kV شاهد حالت دوکی شکل خواهیم بود و برای ولتاژهای بزرگتر از 5.5kV حالت جت چندگانه را شاهد هستیم. باقی حالت‌ها در حدفاصل ولتاژ 4-5.5kV رخ می‌دهد.


مشخصات

مشخصات

توسط: سید رحمان پژمان سرشکه1 ؛ مریم رضوی2 ؛ َعلیرضا رجبی3 ؛ محمدرضا مراد مجله: مجله علمی پژوهشی مهندسی مکانیک مدرس سال انتشار: 1395 شمسی تعداد صفحات: 12 درج در دیتاسرا: ۱۳۹۵/۹/۲۳ منبع: دیتاسرا

خرید محصول

خرید محصول

عنوان: مطالعه‌ی تجـربی حالت‌های عملکردی پاشش الکترو هیدرودینامیک اتانول حجم: 11.25 مگابایت فرمت فایل: pdf قیمت: 1200 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد.

گروه نرم افزاری دیتاسرا www.datasara.com

نمای مطلب

مطالعه‌ی تجربی حالت‌های عملکردی پاشش الکترو هیدرودینامیک اتانول

مقدمه

الکترواسپری یکی از روش‌های پاشش مایع است الکترواسپری با تزریق مایع داخل میدان الکتریکی بین دو الکترود ایجاد می‌شود حال اگر دامنه‌ی دبی مایع شریقی و اختلاف پتانسیل بین دو الکترود که نشان‌دهنده‌ی قدرت میدان است تغییر کند منقاره‌ی مایحع خروجی اشکال مختلفی به خود می‌گیرد که این تغییر شکل اساس ایجاد حالت‌های مختلف خواهد بود مطالعه روی حالت‌های پاشش به‌علت این‌که بیانگر رفتار مایع در میدان الکتریکی تحت شرایط مختلف است‌ از اهمیت بالایی برخوردار خواهد بود و از پایه‌ای‌ترین و مهم‌ترین مسائل موجود در این علم محسوب می‌شود تاکنون مطالعات مختلفی روی حالت‌های الکترواسپری انجام شده که در ادامه به اختصار به آن اشاره خواهد شد مهمترین حالت پاشش در الکترواسپری حالت جت مخروطی است که در این حالت‌ قطرات بسیار ریز در ابعادد میکرو و نانو با توزیع قطر یکسان تولید می‌شود که به این دلایل بسیار مورد توجه قرار گرفته است ‌ ‌ ‌ الکترواسپری به‌علت تولید قطرات بسیار ریز شامل دامنه‌ی وسیعی از کاربردهای مختلف نظیر تولید توان در پیشرانه‌های ‌ احتراق داخل محفظه احتراق‌های با ابعاد کوچک‌ طیف‌نگاری جرمی ‌و و رنگ‌آمیزی است‌ نخستین بار ریلی ‌ ‌ در سال اثر بار الکتریکی بر پایداری یک قطره منفرد راا مطالعه و بیشترین باری که یک قطره می‌تواند حمل کند را محاسبه کرد در سال ‌ ‌و نخستین کسی بود که پدیده‌ی الکترواسپری را به صورت نظام‌مند مورد بررسی و مطالعه قرار داد او رفتار قطرات سیال را در انتهای سوزن بررسی نمود و در این آزمایش تجربی چندین رژیم مختلف مانند ‌چکیدن‌ ‌ متناوب‌ جت مخروطی‌و و نوسانی‌ را برای الکتراسپری گزارش کرد او در سال لس‌ ‌و با استفاده از یک سوزن فلزی و مایع اتیلن‌گلیکول برای اولین بار با استفاده از یک میکروسکوپ و نور حاصل از جرقه توانست اولین تصاویر از رژیم‌های مختلف الکترواسپری را ثبت کند دسته بندی جامع‌تر از حالت‌های مختلف الکترواسپری بعدها توسط کلوپیو و پرانت‌ فاش انجام شد در سال کلوپیو و پرانت‌ ‌فاش توانستند برای نخستین بار با استفاده از عکس‌برداری حالت‌های الکترواسپری را دسته‌بندی کنند آن‌ها بیان کردند که حالت‌های مختلف و افشانه‌های حاصل می‌توانند خصوصیات مختلفی داشته باشند بنا به این تفاوت‌ها الکترواسپری را به حالت‌های چکیدن‌ چکیدن میکرو جت مخروطی‌ دوکی شیلهه جت ساده‌و و جت منشعب‌لاآ دسته بندی کرده و حالت جت چندگانه‌ را به‌عنوان حالت خاصی از جت مخروطی معرفی کردند آن‌ها همچنین اعلام کردند که خصوصیات نازل از قبیل شکل ظاهری و حتی میزان ترشوندگی آن می‌تواند در پیدایش و پایداری یک حالت خاص تاثرگذار بافثد در سال جائورک و کروپا حالت جت منحرف‌ ‌ را به حالت‌های شناخته شده تا آن زمان افزودند این حالت به‌علت این‌که قطرات را در یک فضای مخروطی گسیل می‌کرد شباهت زیادی به حالت جت مخروطی داشت و به همین دلیل مورد توجه قرار گرفت‌ در سال ووو جائورک و کروپا ‌ ‌ ‌ براساس شکل منقاره‌ی مایع و نحوه‌ی شکست و جدایش قطرات مطالعات کیفی‌ای را روی حالت‌های مختلف پاشش انجام دادند و در یک تقسیم‌بندی جدید تعدادی از حالت‌های پاششش را به د سته‌بندی‌های قبلی افزودنده این حالت‌های جدید شامل دوکی شکل چندگانه‌ جت نوسانی‌ و جت منحرف بودند آن‌ها همچنین حالت جت چندگانه را به‌عنوان یک حالت مستقل از جت مخروطی ارائه کردند و تعداد حالت‌های مختلف را به ده رساندند به‌علاوه نیروهای وارد به منقاره‌ی مایع

شامل نیروهای الکتریکی‌ نیروهای مکانیکی و تنشی را برای هر حالت معرفی و بررسی کردند همچنین برای اولین بار نمودار دبی برحسب ولتاژ را برای آب با توجه به حالت‌هایی که دسته‌بندی کرده بودند رسم کردند در سال ‌ مارجینین و همکاران ‌‌ مطالعاتی در زمینه حالت مخروط متناوب آو حالت‌های پالسی که در ولتاژهایی قبل از جت مخروطی رخ می‌دهند انجام دادند و اولین لحظات ایجاد جت را گزارش کردند بسیاری از تلاش‌های صورت گرفته در زمینه‌ی شناسایی حالت‌های الکترواسپری براساس مشاهده‌ی رفتار مایع در خروجی سوزن بوده است‌ این روش در کارهای آزمایشگاهی باا دشواری‌هایی مواجه می‌شود به‌علاوه کاربرد این روش به تجهیزات اپتیکی و دوربین‌های گران و باکیفیت احتیاج دارد بنابراین توسعه‌ی روشی برای شناسایی حالت‌های الکترواسپری بر پایه‌ی ابزارهای ارزان و کاربردی بسیار مفید خواهد بود از این رو جریان الکتریکی عبوری از الکترواسپری و یا بار قطرات تولید شده از گذشته مورد توجه و مطالعه بوده است‌ از اولین مطالعاتی که در این زمینهه انجام شد مربوط به حالت چکیدن و جت مخروطی و جریانا اندازه‌گیری شده و روند فرکانس تغییرات آن بود این کار توسط لوپز ‌هررا و همکارانش انجام گردید ‌ ‌ ‌ همچنین وردولد و همکارانش ‌ ‌ ‌ درر سال ‌ ‌ برای شناسایی حالت‌های الکترواسپری از اندازه‌گیری جریان الکتریکی عبوری و مشخصات مختلف حوزه زمانی و فرکانسی آن استفاده کردند آنها پارامترهای مختلف حوزه زمان و حوزه فرکانس جریان الکترواسپری را بررسی کرده و تلاش کردند تا محدوده‌ی این پارامترها را برای حالت‌های مختلف کاری الکترواسپری مشخص کنند کیم و همکاران ‌و ‌ در سال ‌ با استفاده از یک دوربین سرعتت بالا از تمامی حالت‌ها عکس ارائه کردند و برای اولین‌بار از روند تغییرات در حالت‌های نوسانی و چرخشی تصویر مناسب تهیه کردند ولی مرز این تغییرات را به درستی مشخص نکردند آنها همچنین تاثیر تغییر قطر نازل بر حالت‌های حاصل را بررسی کردند برای پی بردن به این مهم که در چه دامنه‌ای از ولتاژ و دبی شاهد چه حالتی از پاشش خواهیم بود معمولا از نمودار ولتاژ بر حسب دبی استفاده می‌شوده در سال جائورک ‌ ‌ این نمودار را برای آب مقطر رسم کرد و دامنه‌ی تغییرات حالت‌ها و مرز مشترک بین آن‌ها را به طور مشخص ذکر و تفکیک نمود در و همکارانش ‌ این نمودار راا برای ترکیبی از متانول رسم کردند و با استفاده از این نمودار خصوصیات حالت جت مخروطی را بررسی کردند در سال نیز پارک بی بعد شده‌ی این نمودار بر حسب خواص را برای آب رسم کرد اتانول به‌علت اینکه می‌تواند به عنوان یک سوخت پاک در مباحث مربوط به احتراق ‌ ‌ مورد استفاده قرار گیرد بسیار حائز اهمیت خواهد بود همچنین پاشش اتانول در صنایع داروسازی به حالت ترکیبب با مواد دیگر بسیار پرکاربرد است‌ در کار پیش رو با استفاده از عکس‌برداری سرعت بالا و دارای وضوح بالا حالت‌های مختلف الکترواسپری براساس شکل منقاره‌ی مایع و نیروهای وارد بر آن معرفی شده و تصاویر مناسبی از آن ارائه می‌شود مطالعه‌ای که توسط جائورک ‌ ‌ انجام شده در ارتباط با تحلیل نیروها در جت ایجاد شده در کار حاضر اصلاح و تکمیل شده است‌ همچنین در کار حاضرر نمودار دبی برحسب ولتاژ برای اتانول در دامنه‌ی وسیعی از دبی و ولتاژ رسم شده که

تابه‌حال در مطالعات قبلی مشاهده نشده است‌ این نمودار می‌تواند پایه و اساس مطالعات آینده قرار گیرد در نهایت نیز دسته‌بندی جدیدی از روند تغییر حالت‌های مختلف ارائه می‌بثبود ‌ چیدمان !زمایشی و روش کار چیدمان آزمایشی مقاله‌ی حاضر به صورت شماتیک در ‌ ‌شکل ‌ آورده شده است‌ همان‌گونه که از شکل پیداست‌ الکترواسپری از اعمال اختلاف پتانسیل بین دو الکترود که یکی از اینن الکترودها نقش نازل را نیز ایفا می‌کند ایجاد می‌شود دبی مایع مورد نیاز توسط یک پمپ سرنگی کالیبره شده‌ی تامین می‌شود برای تهیه اختلاف پتانسیل مورد نیاز ولتاژ بالا توسط منبع تغذیه ولتاژ بالا به نازل اعمال می‌شود و ولتاژ اعمال شده برای افزایش دقت توسط یک پروب ولتاژ با ‌ با دقت یک مولتی‌متر با دقت اندازه‌گیری و خوانده می‌شود حالت‌های الکترواسپری توسط یک دوربین سرعت بالا ‌ فریم در ثانیه‌ متعلق به شرکت ای او اس تکنولوژی‌و و یک دوربین دیجیتال نیکون‌ ‌ ‌ ‌ همراه با یک لنز عکس‌برداری ماکرو ‌ ‌ و سه لوله‌ی توسعه‌دهنده اتوماتیک‌ه و به روش سایه‌نگاری‌و آشکارسازی می‌شود همچنین از یک ال ایی دی‌ سفید رنگ برای نورپردازی و عکس‌برداری استفاده می‌شود نازل استفاده شده یک سوزن ضدزنگ از جنس استیل است که دارای قطر خارجی میلی‌متر و قطر داخلی میلی‌متر و مقطع مسطح دایروی می‌باشد همچنین الکترود متصل به زمین یک صفحه‌ی آلومینیومی با ابعاد است که در فاصله‌ی و سانتی‌متری نسبت به سوزن قرار گرفته است‌ مایع موردد استفاده اتانول با درصد خلوص بالا است که خواص آن با دقت بالا اندازه‌گیری شده است‌ این خواص در جدول آورده می‌شود و حالت‌های الکترواسپری دسته بندی حالت‌های الکترواسپری براساس دو معیار زیر می باشد ‌

‌ شکل هندسی مایع در خروجی سوزن ‌ ن رفتار جت در شکسته شدن به قطرات‌ به طورکلی حالت‌های اسپری به دو گروه تقسیم‌بندی می‌شوند گروه اول به حالت‌هایی اطلاق می‌شود که توده‌های مایع از سوزن به صورت ناپیوسته خارج خواهند شد که شامل حالت چکیدن‌ چکیدن میکرو دوکی شکل‌ دوکی شکل چندگانه و منقاره‌ی منشعب هستند دسته‌ی دوم شامل حالت‌هایی هستند که مایع از نوک سوزن به صورت یک باریکه‌ی پیوسته خارج شده و در فاصله‌ای نزدیک به چند میلی‌متر از آن به قطراتی ریز متلاشی می‌گردد این گروه شامل حالت‌های جت مخروطی‌ جت منحرف‌ جت جت چندگانهه و جت منشعب می‌بابثند حالت‌های مختلف الکترواسپری تابعی از عوامل مختلف زیر هستند ویژگی‌های سیالی ‌هم سیال و هم محیط اطراف‌ رسانایی الکتریکی تنش سطحی لزجت ثابت دی‌الکتریک میدان الکتریکی قدرت میدان الکتریکی اعمالی به نوک سوزن خصوصیات میدان در ناحیه‌ی الکترواسپری هندسه‌ی سوزن دبی سیال وجود جریان هوای هم محور به‌وسیله‌ی تغییر پارامترهای مختلفی که ذکر شد شکل و محدوده‌ی حالت‌های پاشش دچار تغییراتی می‌شود دلیل ایجاد حالت‌های مختلف نیروهای مختلفی است که بر مایع الکترواسپری اثر می‌گذارند و باعث تغییر شکل آنها و تبدیل از یک حالت پاشش به شکل دیگر می‌شود این نیروها عبارتند از: نیروی نابثی از بار الکتریکی بین ذرات مختلف م نیروی ناشی از اثر میدان الکتریکی نیروی گرانش م نیروی اینرسی نیروی درک استوکس ‌ نیروی کشش سطحی نیروی ناشی از اثرات لزجت ‌ نیروی گریز از مرکز نیروی القایی ناشی از حرکت ذره باردار حالت چکیدن در حالت چکیدن مطابق ‌ ‌شکل ‌ ‌ مایع پس ازز خروج از سوزن به‌علت تاثیرات کشش سطحی به بالا کشیده می‌شود اما پس از انباشت بیشتر قطره و برتری نیروی گرانش بر کشش سطح به سمت پایین حرکت می‌کند بعلاوه نیروی الکتریکی نیز به نیروی گرانش کمک کرده و قطره را به دلیل اثر قطبی سازی به سمت الکترود مقابل می‌کشد و نهایتا سبب جدایش قطره می‌شود پس می‌توان گفت حالت چکیدن ناتبی از برتری نیروی گرانش و الکتریکی بر نیروی کشش سطحی است‌ه در این حالت قطره به سمت پایین آمده‌ باریکه‌ی نازکی از مایع که قطره را به سوزن متصل می‌کند قطع شده و قطره جدا می‌گردد لازم به ذکر است که پس از جدایش‌ منقاره‌ی مایع حالت کروی به خود می‌گیرد در ولتاژهای پایین باریکه‌ی وصل‌کننده بین قطره و بببوزن کشیده شده و بسیار نازک می‌گردد ولی بعد از جدایش دوباره به سمت بالا رفته و به مایع موجود در نوک آن می‌پیوندد رفته رفته با افزایش ولتاژ اعمالی به سوزن باریکه‌ی وصل کننده‌ی قطره به سوزن به‌علت افزایش نیروی الکتریکی اعمالی به منقاره‌ی مایع کشیده‌تر شده و این کشیدگی باعث می‌شود هنگام جدایش قطره‌ی اصلی باریکه خود به یک قطره کوچک‌تر تبدیل گردده این حالت خاص از حالت چکیدن را حالت هم‌نژاد می‌نامند همان‌گونه که در ‌ ‌شکل ‌ دیده می‌شود در حالت هم‌نژاد جهت نیروی گرانش به سمت پایین بوده و نیروی الکتریکی در جهت خطوط میدان می‌باشد جهت نیروی اینرسی هم در جهت حرکت قطره خواهد بود نیروی درک استوکس هم نیروی مخالف حرکت است که در مقایسه با سایر نیروها قابل توجه نیست‌ه اما بزرگ‌ترین نیرو نیروی ناشی از بار هم نام قطره بزرگ است که سبب انحراف قطره کوچک به سمت بیرون صفحه می‌شود در ‌ ‌شکل ‌ ‌ نمودار قطر قطره درر حالت چکیدن برحسب عدد باند الکتریکی برای دو دبی نشان داده شده است‌ در این نمودار قطر قطره با قطر قطره در حالتی که ولتاژ صفر است و ولتاژ نیز با عدد باند الکتریکی که نشان دهنده‌ی اهمیت نیروهای الکتریکی و کشش سطحی است مطابق رابطه ‌ ‌ بی‌بعد شده است در این‌جا میدان الکتریکی بین دو الکترود سوزن و صفحه‌ی متصل به زمین به شکل ساده ‌ اعل تخمین زده می‌شود که در آن ولتاژ الکتریکی و فاصله‌ی دو الکترود می‌باشد در رابطه‌ی قطر قطره برای دبی مشابه و ولتاژ صفراست‌ همچنین کشش سطحی و ثابت دی‌الکتریک مایع می‌باشند به‌علاوه ه‌ ثابتت دی‌الکتریک خلاء و برابر با ‌ است‌ همان‌گونه که در ‌ ‌شکل ‌ ‌ پیداست‌ با افزایش ولتاژ اعمالی‌ قطر قطره به سبب افزایش نیروی الکتریکی که ناشی از افزایش قدرت میدان است کاهش می‌یابد این کاهش قطر قطره‌ به‌دلیل افزایش فرکانس آن

می‌باشد به‌علاوه افزایش دبی تاثیری در افزایش یا کاهش قطر قطره نداشته و تنها سبب می‌شود که فرکانس افتادن قطره افزایش یابد به‌عبارتی در دبی ثابت وقتی ولتاژ افزایش می‌یابد افزایش فرکانس قطرات به معنی حمل حجم کمتری از مایع توسط هر قطره و کاهش اندازه قطرات است‌ در صورتی که‌ در ولتاژ ثابت افزایش دبی سبب می‌شود حجم ثابتی از مایع در زمان کوتاه‌تری در منقاره مایع جمع شود و در نتیجه قطره‌هایی با اندازه یکسان در زمان‌های کوتاه‌تر تشکیل شوند البته این اتفاق تا وقتی صادق است که مایحع خروجی از سوزن به جت یکنواخت تبدیل گردد لازم به ذکر است در دبی‌های خیلی بالاتر مایع خروجی از سوزن به جت پیوسته تبدیل می‌شود و این جت پیوسته در پایین دست می‌شکند و به قطره‌هایی تبدیل می‌شود

به‌علاوه رابطه نسبت قطر قطره‌ی اندازه‌گیری شده بی‌بعد با عدد باند الکتریکی فاصله‌ی اندکی از یک خط مستقیم دارد بدین ترتیب می‌توان گفت که تغییر قطر قطره که ناشی از اثرات کشش سطحی و تنش‌های الکتریکی است‌ به صورت خطی با مجموع اثرات این دو رخ می‌دهد ‌ ‌ حالت دوکی شکل با افزایش ولتاژ اعمالی به سوزن‌ میدان الکتریکی بین دو الکترود تقویت شده و نیروی الکتریکیی وارد بر منقاره‌ی مایع افزایش می‌یابده این افزایش نیرو باعث کشیده شدن منقاره به سمت پایین می‌شود اما این افزایش به حدی نیست که سبب ایجاد یک جت پایدار شوده این منقاره‌ی کشیده شده شکلی مشابه دوک نخ‌ریسی به خود می‌گیرد که از انتهای آن جتی تقریبا نازک شروع به گسیل می‌کند که روند پیدایش این دوک ها در ‌ ‌شکل و ‌ آورده شده است توزیع قطره‌های ناشی از این جت کوچک معمولا دارای توزیع ناهم‌گون می‌باشد کلاپیو ‌ ‌ این حالت پاثبش را به مرحله تقسیم کرد اما با اندکی تغییر این مراحل در قسمت مطابق ‌ ‌شکل و ‌ و به صورت زیر تعریف می‌شود: ‌ ‌ ایجاد منقاره‌ی کروی شکل از مایع ‌ ‌ کشیده شدن منقاره‌ی مایع ‌ ظهور یک باریکه‌ی نازک از انتهای منقاره و شکستن آن به قطرات ریز افزایش طول منقاره به صورت برجسته و مشخص ‌ ایجاد گلوگاه در پایهه قسمت مخروطی شکل ‌ جدا شدن یک شکل دوکی شکل از مایع ‌ جمع شدن توده‌ی دوکی شکل ‌و جدایش قطره‌ی اصلی از توده سیال جدا شده شکسته شدن باریکه‌ی باقی مانده به قطرات کوچک‌ باا افزایش دبی مایع در این حالت دوک‌های حاصل حجیم‌تر شده پس از جدایش حالت حجمی از مایع با سطحی مواج به خود می‌گیرند این دوک ها می تواند خود به قطرات ریزتری بشکنند که اندازه‌ی قطرات بین میکرون متغیر است‌ با افزایش دبی تعداد این قطرات افزایش می یابد در یک دبی ثابت با افزایش ولتاژ اعمالی‌ به سبب قوی‌تر شدن میدان و نیروی الکتریکی وارد به توده سیال منقاره‌ی مایع‌ دوکک ایجاد شده افزایش طول

می‌دهد که این افزایش طول خود موجب شکسته شدن آن به قطرات ریزتر ولی با تعداد بیشتر خواهد شد لازم به ذکر است که همراه با افزایش طول‌ دوک حاصل نازک‌تر خواهد شد انباشت بارهای الکتریکی روی سطح مایع باعث کشیده شدن منقاره به سمت پایین می‌شود پس از برتری نیروی گرانش و الکتریکی بر نیروهای موثر دوک حاصل جدا می‌گردد« پس از جدایش تعداد بارهای الکتریکی روی سطح منقاره کاهش می‌یابد و نیروی وزن دوک و نیروی الکتریکی وارد بر آن دیگر بر منقاره وارد نخواهد شد لذا این کاهش آنی نیرو سبب برتری نیروی کشش سطحی بر سایر نیروها شده و مایع باقی مانده روی سوزن حالت کروی پیدا می‌کند و این چرخه مدام تکرار می‌گردد حالت دوکی شکل دارای فرکانس ثابتی نیست‌ یعنی به عبارتی دیگر این رفتار در بازه‌های زمانی یکسانی تکرار نمی‌شود و تنها در برخی شرایط خاص آزمایشی می‌توان یک رفتار متناوب با فرکانس مشخص را در آن شاهد بود همچنین دوک جدا شده از آن و به تبع قطرات جدا شده از آن سایز یکسانی نخواهند داشت‌ در ‌ ‌شکل نیروهای اثرگذار بر منقاره‌ی مایع در حالت دوکی شکل مشخص شده است‌ه همان‌طور که دیده می‌شود نیروی ناشی از کشش سطحی و لزجت با کشیده شدن مایع مخالفت می‌کننده نیروی ناشی از بار هم نام ذره اکس که در دور قبلی جدا شده نیرویی مخالف جهت حرکت وارد می‌کند اما آن چیزی که سبب جدایش توده سیال می‌گردد برتری نیروی گرانش و الکتریکی به نیروهای یاد شده است‌ حالتت مخروط متناوب این حالت پاشش مشابه حالت دوکی شکل بوده‌ با این تفاوت که به جای گسیل دوک از منقاره‌ی مایع جت‌های نازکی ایجاد می‌گردده با افزایش ولتاژ اعمالی به سوزن و در دبی‌های نسبتا پایین که در پژوهش پیش‌رو دبی‌های کمتر است‌ این حالت رخ می‌دهد در این حالت نیروی الکتریکی تنها مقداری کمتر از این است که یک جت پایدار تشکیل شوده ‌ ‌شکل حاصل مرتب‌سازی عکس‌هایی است که در زمانی طولانی گرفته شده و سپس به نحوی چیده شده که گویای یک تناوب کامل از حالت مخروط نوسانی با شد همان‌گونه که در ‌ ‌شکل ‌ پیداست‌ ابتدا منقاره‌ی مایع به سبب افزایش نیروی الکتریکی کشیده می‌شود و در ادامه به شکل مخروطی که از انتهای آن بسیار نازک گسیل می‌شود در می‌آید که این جت خود به روش وریکوز یا ناپایداری کینگ می‌شکند پس از مدتی به سبب عدم

توازن نیروها این جت از منقاره کنده می‌شود بعد از جدایش کشش سطحی مایع باعث می‌شود که منقاره‌ی مایع حالت کروی پیدا کرده و این چرخه مدام تکرار می‌شود نیروهای موثر در این حالت کاملا مشابه حالت دوکی شکل خواهد بود رفتار مایع در این حالت متناوب بوده ولی مشابه حالت دوکی شکل قطر و طول جت جدا شده و همین‌طور ضخامت آن در هر دوره متفاوت می‌باشد ‌ حالت دوکیی شکل چندگانه با افزایش ولتاژ در دبی های به نسبت کم‌ بعد از حالت مخروط متناوب‌ حالت دوکی تبدیل به حالت دوکی بثبکل چندگانه می‌بثبوده این حالت همانند آنچه در ‌ ‌شکل دیده می‌شود مشابه حالت دوکی شکل ساده می‌باشد با این تفاوت که به جای این‌که دوک‌ها از مرکز سوزن گسیل شوند به طور متناوب از دو یا چند نقطه اطراف سوزن رها می‌گردند در این حالت ابتدا منقاره‌ی مایع با زاویه‌ای نسبت به راستای سوزن کشیده می‌شوده سپس این منقاره حالت دوک موربی را پیدا می‌کند که از انتهای آن جت کوچکی پدیدار می‌شوده پس از جدا شدن دوک‌های مورب منقاره‌ی مایع به سبب از دست دادن بارهای مثبت و به سبب اثرات کشش سطحی حالت کروی به خود می‌گیرد در ادامه همین حالت در نقطه‌ی دیگری از سوزن تکرار می‌شود و این چرخه ادامه پیدا می‌کند لازم به ذکر است که طول و حجم دوک‌های مایع مشابه حالت دوکی شکل ساده یکسان نبوده و قطرات حاصل از آن هم به همین دلیل با هم متفاوت هستنده ‌ ‌شکل حاصل عکس‌برداری طولانی مدت دقیقه‌ای از این پدیده بوده که به طور مرتب کنار هم چیده شده است‌ در این حالت معمولا زاویه‌ی گسیل دوک‌ها نسبت به محور سوزن با افزایش ولتاژ افزایش می‌یابد فرکانس گسیل دوک‌ها نیز در این حالت با افزایش ولتاژ معمولا افزایش می‌یابد

در ‌ ‌شکل و ‌ نیروهای وارد بر منقاره‌ی مایع در هنگام جدا شدن از سوزن برای حالت دوکی شکل چندگانه کشیده شده است‌ همان‌طور که در شکل دیده می‌شود نیروی گرانش به سمت زمین وارد می‌شوده نیروی اینرسی در جهت حرکت توده‌ی مایع بوده و نیروهای نابثی از لزجت و کشش سطحی که سعی بر آن دارند از جدایش توده جلوگیری نمایند نیروی مخالفی را وارد می‌کنند نیروی الکتریکی هم در راستای میدان الکتریکی می‌باشده چیزی که باعث انحراف منقاره و دوک گسیل شده می‌شود تاثیر نیروی دافعه‌ی ناشی از بار هم‌نام قطراتی که قبلا جدا شده‌اند بر سطح مایع موجود در منقاره است که در شکل نشان داد شده است‌ بنابراین توده سیال به سمت برآیند این نیروها حرکت می‌نماید و حالت جت نوسانی با افزایش ولتاژ در دبی‌های بالاتر از دبی لازم برای تشکیل حالت دوکی شکل چندگانه که در پژوهش پیش‌رو تقریبا ‌ می‌باشد حالت دوکی شکل به حالت جت نوسانی تبدیل می‌شود این حالت تشابه بسیار زیادی به حالت دوکی شکل چندگانه دارد البته با این تفاوت که دوک‌های گسیل شده جای خود را به یک جت پیوسته می‌دهند در این حالت یک مخروط از مایع در انتهای سوزن ایجاد می‌شود که از این مخروط یک جت نسبتا طویل گسیل می‌گردده این جت با پیشروی در طول نازک شده و خود توسط ناپایداری کینگ و نیروی گریز از مرکز که به واسطه چرخش ناحیه انتهایی ایجاد به قطرات ریزی می‌شکند در این حالت جت طویل نام‌برده به سبب نیروهای وارد بر آن و اش‌ات بارهای الکتریکی موجود در هوا در یک صفحه‌ای که از راستای سوزن می‌گذرد نوسان می‌کند که البته ممکن است این صفحه خود حول سوزن اندکی بچرخده این نوسان معمولا در داخل یک فضای مخروطی فثبکل که در ولتاژهای بالا از زاویه هم تجاوز می‌کند انجام می‌شود روند تغییرات در این حالت به ترتیب و لحظه به لحظه در شکل آورده شده است‌ همان‌طور که در شکل دیده می‌شود وقتی که جت موجود به بیشینه زاویه‌ی انحراف خود می‌رسد قطراتی که در هوا معلق هستند کاملا از منقاره‌ی مایع دور شده‌اند و این اتفاق باعث می‌شود نیروی حاصل از بارهای هم‌نام از روی جت برداشته شود و جت به نقطه‌ی هم راستا با سوزن برگردده اما در این برگشت جت دچار شکست شده و این شکست مجددا قطراتی را در هوا پخش می‌کنند که این قطرات با بار هم نام‌ جت را به طرف مقابل هدایت می‌کنند و این چرخه مدام تکرار می‌شود همان‌طور که در شکل دیده می‌شود فرکانس یک تناوب کامل این پدیده در شرایط ذکر شده ه‌ه‌ هرتز است که البته با افزایش ولتاژ اعمالی بیشتر هم می‌شود در ‌ ‌شکل ‌ ‌ نیروهای موثر بر نقطه‌ی انتهایی جت نشان داده شده است‌ همان‌طور که در شکل دیده می‌شود نیروی گرانش به سمت زمین بوده و نیروی الکتریکی حاصل از میدان الکتریکی در جهت میدان می‌باشد نیروی اینرسی هم در جهت حرکت بوده و نیروهای ناشی از لزجت و کشش سطحی نیروی مخالفی را در راستای کشیده شدن جت اعمال می‌نمایند در انتهای جت نیز نیروی گریز از مرکزی به سبب حرکت نوسانی جت به دور آن وارد می‌شوده اما قطرات معلق در هوا که بار مثبت دارند به جت با بار هم نام خود نیروی دافعه‌ای وارد می‌کنند که این نیرو همان‌گونه که در بالا اشاره شد عامل اصلی نوسان و حرکت جت می‌باشد همچنین به سبب حرکت ذرات باردار در فضا میدان مغناطیسی‌ای به سمت بیرون صفحه القا می‌شود که این میدان نیروی القایی‌ای را در جهت نشان داده شده مطابق قاعده دست راست به انتهای جت وارد می‌کند

است‌ رخ می‌دهد در این حالت یک مخروطی از مایع ایجاد می‌شود که از انتهای این مخروط جت تقریبا نازکی با قطر تقریبی میکرون گسیل می‌گردد قطر جت با افزایش دبی یا ولتاژ تغییر می‌یابده این مخروط و جت ایجاد شده هر دو داخل یک فضای مخروط مانند حول راستای سوزن می‌چرخند و این چرخش با سرعت بسیار بالا انجام می‌گیرد در پژوهش فعلی مشاهده شد که در ولتاژهای بالا سرعت دوران جت در این حالت به هرتز می‌رسد از قطر جتی که در انتهای مخروط ایجاد می‌گردد با پیشروی در طول کاسته می‌شود همچنین قطر این جت با افزایش ولتاژ کاهش می‌یابد لازم به ذکر است که این جت در انتها توسط ناپایداری کینک به قطرات بسیار ریزی می‌شکند همچنین این جت با تغییر جهت و حرکات دورانی‌ای که دارد به‌علت اثرات اینرسی بعضا از مخروط جدا شده و جت جدیدی جایگزین آن می‌گردد جدایش این جت سبب تبدیل شدن آن به قطرات میکرونی می‌شود با علم به این‌که جت گسیل شده از انتهای مخروط منقاره به سمت بیرون صفحه و قطرات به سمت داخل صفحه تمایل دارند به تحلیل ‌ ‌شکل ‌ ‌ ‌ که در فضای سه بعدی نیروهای وارد بر منقاره را به تصویر می‌کشد پرداخته می‌شود همان‌گونه که قبلا اشاره شد نیروی گرانش به سمت مرکز زمین بوده و نیروی الکتریکی هم جهت خطوط میدان می‌باشده جهت نیروی ناشی از لزجت هم در مخالفت با کشیده شدن منقاره خواهد بود و نیروی اینرسی همواره در جهت حرکت توده سیال می‌باشد نیروی القایی ناشی از حرکت ذرات باردار نیز طبق قاعده دست راست مشخص شده است‌ همچنین به علت چرخش جت حول محول سوزن و انتهای جت حول خود نیروی گریز از مرکزی مطابق جهت نشان داده شده به جت وارد می‌گردد که خود عامل شکست جت به قطرات بسیار ریز می‌گردد اما دلیل اصلی چرخش جت را می‌توان به نیروی ناشی از بار هم نام ذرات و قطرات موجود در هوا و جهت آن مربوط دانست‌ در این حالت پاششش قطرات ناشی از شکست جت بسیار زیر

و عمده‌ی مقالات موجود در این بحث نیز به بررسی ویژگی‌های مختلف این حالت از مایع می‌پردازد در این حالت که در محدوده‌ی بسیار محدودی از دبی و ولتاژ رخ می‌دهد و معمولا در دبی‌های خیلی کم نسبت به سایر حالت‌ها ایجاد می‌شود منقاره‌ی مایع در خروجی سوزن شکل مخروط مانندی به خود می‌گیرد و از انتهای این مخروط جت بسیار نازکی گسیل می‌شود که قطر آن معمولا برای مایعات مختلف زیر میکرون می‌باشد جت حاصل می‌تواند خود به دو روش ریلی یا کینک ‌ح‌ص‌ بشکند که این شکست موجب تولید قطرات بسیار ریزی می‌شوند که معمولا دارای توزیع یکنواخت می‌باشند که این توزیع باعث پرکاربرد شدن حالت جت مخروطی شده است‌ لازم به ذکر است که دیواره‌های مخروط حاصل می‌توانند به صورت خط مستقیم‌ محدب یا مقعر باشند برای تشکیل این حالت کافیست مایعع مورد استفاده دارای رسانایی محدود باشد تا با عبور خطوط میدان از خود سبب ایجاد تعادل استاتیکی نیروها در سطح منقاره‌ی مایع شده و جت بسیار نازکی را به سمت پایین شتاب دهد از عوامل تاثیرگذار بر طول جت ایجاد شده در حالت جت مخروطی لزجت‌ رسانایی ویژه مایع و دبی جریان می‌باشند در کار حاضر به‌علت ثابت بودن تمامی پارامترهای مذکور جز دبی مایع‌ طول جت با افزایش دبی جریانن زیاد می‌شود بعلاوه قطر جت گسیل شده که خود تعیین‌کننده قطر قطره‌های حاصل از شکست می‌باشد تابع رسانایی الکتریکی و دبی سیال است که به علت ثابت بودن مایع افزایش دبی منجر به افزایش افزایش قطر جت می‌شود ‌ ‌شکل ‌ ‌ این مورد را با دو

بوده و گاهی اوقات به چند ده میکرون می‌رسند و به سبب همین وزن کم دیرتر به الکترود متصل به زمین می‌رسنده این اتفاق باعث بثبده ابری از قطرات ایجاد شود که با توجه به فاصله خود از جت به آن نیروی دافعه وارد می‌کنند و جت همواره در حال چرخش به سمتی افببت که نیروی دافعه‌ی بیشتری از آن سمت به جت وارد می‌شود و ‌ ‌ حالت جت مخروطی پرکاربردترین و جذاب‌ترین حالت در الکترو حالت جت مخروطی است

روش عکس‌برداری فببایه نگاری و پراکنش نور به تصویر می‌کشده لازم به ذکر است برای رویت جت بسیار نازک و افزایش وضوح تصویر روی قسمت اص پردازش تصویر انجام شده و دلیل رنگ پشت زمینه‌ی متفاوت نیز همین مساله می‌باشد جت مخروطی مطابق ‌ ‌شکل ‌ قسمت دارای توزیع دوگانه قطرات می‌باشد که این دوگانگی به صورت دو لایه با رنگ متفاوت در شکل مشخص شده است‌ دلیل این پدیده این است که قطرات ریزتر پس از شکست به علت وزن کمتر تحت تاثیر نیروی ناشی از بار هم نام سایر قطرات بیشتر از محور شریق جت منحرف می‌شونده بدین ترتیب در لایه‌ی داخلی ذرات درشت‌تر و در لایه‌ی خارجی ذرات ریزتر توزیع می‌شوند بنابراین لایه داخلی دارای چگالی بیشتری نسبت به لایه خارجی می‌باشده با زیاد شدن ولتاژ اعمالی به علت افزایش نیروی الکتریکی انتهای مخروط به سمت بالا و نزدیکی به سوزن تمایل پیدا می‌کند همچنین گاهی اوقات نوک مخروط و جت گسیل شده از آن به‌علت نیروهای ناشی از ابر قطرات‌ اندکی از محور تزریق سوزن منحرف می‌شود دلیل پیدایش این حالت ایجاد تعادل بین نیروهای وارده بر منقاره و جت مایع می‌باشد که در ‌ ‌شکل ‌ ‌ به تصویر کشیده شده است‌ همان‌طور که در ‌ ‌شکل دیده می‌شود نیروی گرانش به سمت پایین بوده و نیروی اینرسی نیز در جهت حرکت جت و مشابه‌ی آن به سمت پایین می‌باشد نیروهای ناشی از کشش سطحی و لزجت نیز با کشیده شدن مایع به سمت پایین مخالفت می‌کننده اما آن نیرویی که ناشی از عدم تعادل منقاره‌ی مایع در حالت‌های قبلی بود یعنی نیروی ناشی از بار هم نام قطرات قبلی جدا شده‌ این بار به علت تقارن ابر قطرات کاملا اثر یکدیگر را خنثی کرده و با هم در تعادل می‌باشند پس به بیان ساده‌تر می‌توان گفت که در حالت جت مخروطی تمامی نیروها با یکدیگر در تعادل استاتیکی بوده و باعث پایداری کامل این حالت از پاشش می‌شوند حالت جت چندگانه با افزایش ولتاژ اعمالی حالت جت مخروطی تبدیل به حالت جت چندگانه می‌شود بدین طریق که مخروط موجود در حالت جت مخروطی که به سبب افزایش ولتاژ منحرف شده بود به دو یا سه جت متقارن ناپایدار تبدیل می‌شود در این حالت منقاره‌ی مایع کاملا هم سطح سوزن شده و فقط مخروط‌های بسیار کوچکی روی لبه‌های خروجی سوزن ایجاد می‌شود که جت‌های نازکی از آن گسیل پیدا می‌کننده حالت جت چندگانه در ابتدا ناپایدار بوده و رفته رفته با افزایش ولتاژ شکل پایداری به خود می‌گیرده این حالت محدود به دبی‌هایی که در آن جت مخروطی داریم نبوده و بر خلاف

مطلبی که کلاپیو ‌و ذکر کرد حالت جت چندگانه معمولا در دبی‌های نسبتا زیاد نیز با افزایش ولتاژ پدیدار خواهد شده در این حالت با افزایش ولتاژ تعداد جت‌های گسیل دهنده مایع افزایش می‌یابد و قطر جت‌های گسیل دهنده کاهش می‌یابد این حالت نیز مانند جت مخروطی دارای توزیع دوگانه قطرات می‌باشد در دبی‌هایی که هم حالت جت مخروطی و هم حالت جت چندگانه ایجاد می‌شود در حالت جت چندگانه قطر قطرات حاصل از شکست جت‌ها کوچک‌تر و همچنین فرکانس شکست قطرات بیشتر از حالت جت مخروطی است که به نوعی نشان دهنده‌ی برتری بازده‌ی این حالت نسبت به حالت جت مخروطی است ‌ه‌ ‌ه اما به این سبب که عمدتا ناپایدار می‌باشد مانند حالت جت مخروطی پرکاربرد نمی‌باشد ‌ ‌شکل و ‌ نیروهای وارد بر یکی از جت‌های تشکیل دهنده‌ی این حالت را در یک فضای سه‌بعدی به تصویر می‌کشد همان‌طور که انتظار می‌رود نیروی گرانش به سمت زمین بوده و نیروی اینرسی در جهت حرکت جت می‌باشد همچنین مولفه‌ی افقی نیروی ناشی از بار قطرات موجود در محیط اطراف و همین‌طور سایر جت‌های موجود بر روی جت مورد نظر اثر یکدیگر را خنثی می‌کنند ولی برآیند مولفه‌ی عمودی این نیرو به سمت بیرون صفحه خواهد بود بنابراین جت مورد بررسی در جهت برآیند این سه نیرو منحرف می‌شود ‌و جت ساده و جت منشعب هنگامی‌که سرعت خروج مایع از سوزن که تعیین‌کننده‌ی انرژی جنبشی آن است از انرژی سطحی مایع بیشتر شود به‌جای آن‌که سیال به صورت قطره قطره خارج شود به‌صورت یک جت پیوسته خارج می‌گردد که در پایین‌دست به‌علت ناپایداری‌ها به قطراتی می‌شکند به کمترین دبی که در آن جت

پیوسته مایع از نازل خارج می‌شود دبی بحرانی می‌گویند در پژوهش حاضر دبی بحرانی‌اا اااا اندازه‌گیری شد لازم به‌ذکر است عدد اا ااا آ برای نازلی با قطر اااااا ٢‌ به‌عنوان دبی بحرانی برای اتانول گزارش شده ‌و که با توجه به قطر و برابری نازل مورد استفاده در مقاله حاضر عدد معقولی است‌ گاهی اوقات در دبی‌هایی کمتر از دبی بحرانی مایع هم مانند ‌ ‌شکل ح‌ ‌ در دبی اا ‌اا و برای پژوهش حاضر با افزایش ولتاژ می‌توان یک جت پیوسته را در خروجی مشاهده کرد شکست جت مایع در این حالت سبب تولید قطره‌های اصلی و قطره‌های ماهواره‌ای می‌شود به این حالت مطابق ‌ ‌شکل ح‌ ‌ ‌ قسمت اص جت ساده نامیده می‌شود رفته رفته با افزایش ولتاژ اعمالی‌ انتهای جت قبل از شکست شروع به حرکت شلاقی می‌نماید که سازوکار شکست مایع را تغییر می‌دهد این حالت که در ‌ ‌شکل ح‌ ‌ ‌ قسمت ه آمده است نیز در مجموعه‌ی حالت جت ساده قرار می‌گیرد و می‌توان آن را جت ساده نوسانی نامید در ادامه با افزایش ولتاژ اعمالی طول جت کاهش پیدا کرده و به حالتی تبدیل می‌گردد که از انتهای آن چندین جت کوچک منشعب می‌شوند و از هر یک از جت‌های منشعب قطرات به نسبت ریزتری گسیل می‌شود این حالت از پاشش را که حالت جت منشعب می‌نامند در ‌ ‌شکل ‌اص‌ ‌ قسمت ح آورده شده است‌ گاهی اوقات نیز مطابق ‌ ‌شکل ح‌ ‌ ‌ قسمت اح در ولتاژهای بسیار بالا ممکن است جت در خروجی سوزن تحت تاثیر نیروهای مختلف ناپایدار شود و به اشکال کاملا تصادفی‌ای بشکند که از قاعده‌ی خاصی پیروی نمی‌کند در پیدایش حالت‌های مختلف الکترواسپری نیروهای متفاوتی درگیرند که به طور مفصل مورد بررسی قرار گرفت‌ به طور کلی می‌توان گفت غلبه‌ی نیروهایی به سایر نیروهای تاثیرگذار و یا تعادل نیروها عامل پیدایش و ایجاد حالت‌های مختلف هستند بنابراین با توجه به اهمیت نیروها در ‌ ‌شکل }‌ ‌ ‌ مهمترین نیروهای وارد بر هر حالت به‌صورت شماتیک آورده شده است‌ ‌ نمودار ولتاژ برحسب دبی در ‌ ‌شکل ه‌ ‌ محدوده‌ی ایجاد حالت‌های مختلف معرفی شده در این مقاله در صفحه دبی‌ ‌ولتاژ نشان داده شده است‌ این نمودار برای تغییرات دبی در بازه ه تا ه‌ه میلی‌لیتر بر ساعت رسم گردیده است‌ه همان‌طور که قبلا به طور

مفصل اشاره شد مطابق شکل در تمامی دبی‌ها قبل از رسیدن به دبی‌های نزدیک به دبی بحرانی و تقریبا تا ولتاژ ٧کا و شاهد حالت چکیدن ساده خواهیم بود رفته رفته با افزایش ولتاژ حالت چکیدن با باریکه‌ای همراه می‌شود که این باریکه تبدیل به قطره یا قطرات ریزی شده که حالت چکیدن


مطالب پیشنهادی
متأسفانه موردی یافت نشد.
ناحیه کاربری

فرمت ایمیل صحیح نمی باشد. ایمیل خود را وارد نمایید.

رمز عبور خود را وارد نمایید.

گزیده ها
پرواز با اتومبیل پرنده: اتومبیل تی‌اف-ایکس مجوز پرواز گرفت
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
جشن کریسمس در نقاط مختلف جهان (+عکس)
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
بازیافت ماشین های قدیمی به روشی نو!
گزیده های وبگردی و اخبار جذاب
لوکس ترین خودروهای دنیا در نمایشگاه اتومبیل لس آنجلس (+عکس)
گزیده های پر بیننده ترین اخبار روز و هفته
مجله اینترنتی دیتاسرا
کلیه حقوق مادی و معنوی این وبسایت متعلق به گروه نرم افزاری دیتاسرا می باشد.
Copyright © 2015