An Experimental Study of the Effects of Liquid Properties on the Breakup of a Two-Dimensional Liquid Sheet

1992 ◽  
Vol 114 (1) ◽  
pp. 39-45 ◽  
Author(s):  
B. E. Stapper ◽  
W. A. Sowa ◽  
G. S. Samuelsen
Keyword(s):  
Imaging System ◽  
Pulsed Laser ◽  
Liquid Sheet ◽  
Liquid Fuels ◽  
Two Dimensional ◽  
Flow Rates ◽  
Fundamental Interest ◽  
Breakup Mechanism ◽  
Sheet Breakup ◽  
Time Required

The breakup of a liquid sheet is of fundamental interest in the atomization of liquid fuels. The present study explores the breakup of a two-dimensional liquid sheet in the presence of co-flow air with emphasis on the extent to which liquid properties affect breakup. Three liquids, selected with varying values of viscosity and surface tension, are introduced through a twin-fluid, two-dimensional nozzle. A pulsed laser imaging system is used to determine the sheet structure at breakup, the distance and time to breakup, and the character of the ligaments and droplets formed. Experiments are conducted at two liquid flow rates with five flow rates of co-flowing air. Liquid properties affect the residence time required to initiate sheet breakup, and alter the time and length scales in the breakup mechanism.

scholarly journals An Experimental Study of the Effects of Liquid Properties on the Breakup of a Two-Dimensional Liquid Sheet

1990 ◽  
Author(s):  
B. E. Stapper ◽  
W. A. Sowa ◽  
G. S. Samuelsen
Keyword(s):  
Imaging System ◽  
Pulsed Laser ◽  
Liquid Sheet ◽  
Liquid Fuels ◽  
Two Dimensional ◽  
Flow Rates ◽  
Fundamental Interest ◽  
Breakup Mechanism ◽  
Sheet Breakup ◽  
Time Required

The breakup of a liquid sheet is of fundamental interest in the atomization of liquid fuels. The present study explores the breakup of a two-dimensional liquid sheet in the presence of co-flow air with emphasis on the extent to which liquid properties affect breakup. Three liquids, selected with varying values of viscosity and surface tension, are introduced through a twin-fluid, two-dimensional nozzle. A pulsed laser imaging system is used to determine the sheet structure at breakup, the distance and time to breakup, and the character of the ligaments and droplets formed. Experiments are conducted at two liquid flow rates with five flow rates of co-flowing air. Liquid properties affect the residence time required to initiate sheet breakup, and alter the time and length scales in the breakup mechanism.

The Effect of Crosswind Velocity on the Spray Drift of Flat Fan Nozzle

2019 ◽  
Author(s):  
S. Raza ◽  
K. A. Sallam ◽  
S. L. Post
Keyword(s):  
Liquid Sheet ◽  
Nozzle Geometry ◽  
Target Area ◽  
Spray Drift ◽  
Agricultural Industry ◽  
Injection Angle ◽  
Drift Flux ◽  
Breakup Mechanism ◽  
Primary Breakup ◽  
Sheet Breakup

Abstract The objective of this research project is to eliminate the spray drift caused by crosswind. Spray drift is an important problem for the agricultural industry. Some herbicides (e.g. Dicamba) can cause serious damage if it drifts to nearby crops that are not genetically modified to withstand those herbicides. Our hypothesis is that the nozzle geometry and the injection angle can be actively/passively controlled to compensate for the crosswind velocity and effectively deliver the herbicides to the target area. The measurements include the breakup regime transitions, the droplet sizes, and the droplets trajectory as function of the wind speed and the injection angle. The current results show that the crosswind modifies the primary breakup mechanism from sheet breakup regime (i.e. thinning and fragmentation of the liquid sheet into ligaments) to bag breakup regime (i.e. the formation bags along the downstream side of liquid sheet) resulting in smaller drop sizes and an increased drift flux. Techniques to eliminate the bag breakup regime are presented.

Influence of Nanoparticles on Spray Performance of Alternative Jet Fuels

2016 ◽  
Author(s):  
Kumaran Kannaiyan ◽  
Reza Sadr
Keyword(s):  
Atmospheric Condition ◽  
High Volume ◽  
Diagnostic Techniques ◽  
Considerable Effect ◽  
Liquid Sheet ◽  
Liquid Fuels ◽  
Alumina Nanoparticles ◽  
Jet Fuels ◽  
Sheet Breakup ◽  
Microscopic Measurement

Recently, several studies have demonstrated that the addition of nanoscale high-energetic metal particles to liquid fuels as fuel additives has a positive effect not only on the combustion performance but also in reducing the pollutant formation. However, most of those studies were performed for conventional fuels with high volume concentrations of nanoparticles, which will have a considerable effect on the hydrodynamic and thermophysical properties of the fuel. Such a change in fuel properties can in turn affect the atomization, mixing and evaporation characteristics of the liquid fuels. This study investigates the spray performance of an alternative gas-to-liquid (GTL) jet fuel with the addition of alumina nanoparticles at atmospheric condition and compared with that of the pure fuel. Macroscopic and microscopic measurement of the spray characteristics are performed using optical diagnostic techniques. Results show that the addition of nanoparticles tends to reduce the liquid sheet breakup length when compared to that of the pure fuel case. Furthermore, the droplet size and droplet velocities are observed to be slightly different between the pure fuel and nanofuel cases.

Modeling of Gas Turbine Fuel Nozzle Spray

1997 ◽  
Vol 119 (1) ◽  
pp. 34-44 ◽  
Author(s):  
N. K. Rizk ◽  
J. S. Chin ◽  
M. K. Razdan
Keyword(s):  
Gas Turbine ◽  
Fuel Injection ◽  
Near Field ◽  
Continuous Phase ◽  
Liquid Sheet ◽  
Vapor Concentration ◽  
Fuel Vapor ◽  
Fuel Injector ◽  
Gas Temperature ◽  
Sheet Breakup

Satisfactory performance of the gas turbine combustor relies on the careful design of various components, particularly the fuel injector. It is, therefore, essential to establish a fundamental basis for fuel injection modeling that involves various atomization processes. A two-dimensional fuel injection model has been formulated to simulate the airflow within and downstream of the atomizer and address the formation and breakup of the liquid sheet formed at the atomizer exit. The sheet breakup under the effects of airblast, fuel pressure, or the combined atomization mode of the airassist type is considered in the calculation. The model accounts for secondary breakup of drops and the stochastic Lagrangian treatment of spray. The calculation of spray evaporation addresses both droplet heat-up and steady-state mechanisms, and fuel vapor concentration is based on the partial pressure concept. An enhanced evaporation model has been developed that accounts for multicomponent, finite mass diffusivity and conductivity effects, and addresses near-critical evaporation. The presents investigation involved predictions of flow and spray characteristics of two distinctively different fuel atomizers under both nonreacting and reacting conditions. The predictions of the continuous phase velocity components and the spray mean drop sizes agree well with the detailed measurements obtained for the two atomizers, which indicates the model accounts for key aspects of atomization. The model also provides insight into ligament formation and breakup at the atomizer exit and the initial drop sizes formed in the atomizer near field region where measurements are difficult to obtain. The calculations of the reacting spray show the fuel-rich region occupied most of the spray volume with two-peak radial gas temperature profiles. The results also provided local concentrations of unburned hydrocarbon (UHC) and carbon monoxide (CO) in atomizer flowfield, information that could support the effort to reduce emission levels of gas turbine combustors.

Dynamics of Liquid Sheet Breakup in Splash Plate Atomization

2017 ◽  
Vol 140 (1) ◽  
Author(s):  
G. Thunivumani ◽  
Hrishikesh Gadgil
Keyword(s):  
Solid Surface ◽  
Weber Number ◽  
Jet Impingement ◽  
Liquid Sheet ◽  
Force Balance ◽  
Impingement Angle ◽  
Wide Range ◽  
Perforated Sheet ◽  
Sheet Breakup ◽  
Regime Map

An experimental study was conducted to investigate the breakup of a liquid sheet produced by oblique impingement of a liquid jet on a plane solid surface. Experiments are carried out over a wide range of jet Weber number (80–6300) and various jet impingement angles (30 deg, 45 deg, and 60 deg) are employed to study the sheet dynamics. The breakup of a liquid sheet takes place in three modes, closed rim, open rim, and perforated sheet, depending upon the Weber number. The transitions across the modes are also influenced by the impingement angle with the transition Weber number reducing with increase in impingement angle. A modified regime map is proposed to illustrate the role of impingement angle in breakup transitions. A theoretical model based on force balance at the sheet edge is developed to predict the sheet parameters by taking the shear interaction between the sheet and the solid surface into account. The sheet shape predicted by the model fairly matches with the experimentally measured sheet shape. The breakup length and width of the sheet are measured and comparisons with the model predictions show good agreement in closed rim mode of breakup.

Pulsed laser induced doping of two-dimensional crystals

2021 ◽  
Author(s):  
Ιωάννα Δεμερίδου
Keyword(s):  
Pulsed Laser ◽  
Two Dimensional

Τα διδιάστατα διχαλκογενή μέταλλα μετάπτωσης έχουν προσελκύσει παγκόσμιο ενδιαφέρον τις τελευταίες δεκαετίες ύστερα από την επιτυχημένη απομόνωση του γραφενίου. Τα διχαλκογενή μέταλλα μετάπτωσης είναι ημιαγωγοί και διαθέτουν μοναδικές οπτοηλεκτρονικές ιδιότητες λόγω της υπέρλεπτης φύσης τους. Καθώς ο αριθμός των στρωμάτων τους μειώνεται, μετατρέπονται από ημιαγωγό έμμεσου ενεργειακού χάσματος σε ημιαγωγό άμεσου ενεργειακού χάσματος. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή μελετώνται οι οπτικές ιδιότητες του μονοστρωματικού κρυστάλλου δισουλφίδιο βολφραμίου, μέλος της οικογένειας των διχαλκογενών μετάλλων μετάπτωσης, και την επίδραση του φωτοχημικού εμπλουτισμού με τη χρήση υπεριώδους παλμικού λέιζερ. Προτείνεται μια καινοτόμα μέθοδος εμπλουτισμού, η οποία μπορεί να ελέγξει την πυκνότητα ηλεκτρονίων στο μονοστρωματικό κρύσταλλο δισουλφίδιου βολφραμίου (1L-WS2). Ο φωτοχημικός εμπλουτισμός σε περιβάλλον χλωρίου με τη χρήση υπεριώδους παλμικού λέιζερ αποδείχθηκε πως είναι μια μέθοδος που παρέχει έλεγχο της συγκέντρωσης φορέων στο μονοστρωματικό κρύσταλλο WS2. Η συστηματική μετατόπιση κορυφής του ουδέτερου εξιτονίου προς μικρότερες τιμές ενέργειας στα φάσματα φωτοφωτάγειας είναι ένδειξη της μείωσης της συγκέντρωσης των ηλεκτρονίων στον κρύσταλλο και η ικανότητα του σταδιακού ελέγχου της πυκνότητας των φορέων με το χρόνο έκθεσης σε περιβάλλον χλωρίου. Η μετατόπιση του επιπέδου ενέργειας Fermi συνδέεται με τον έλεγχο της πυκνότητας ηλεκτρονίων λόγω του χλωρίου. Το φαινόμενο του φωτοχημικού εμπλουτισμού μπορεί να αντιστραφεί ύστερα από σάρωση της επιφάνειας του μονοστρωματικού κρυστάλλου με συνεχές λέιζερ σε περιβάλλον ατμόσφαιρας. Ο αμφίδρομος έλεγχος του επιπέδου Fermi σε συνδυασμό με την ικανότητα προεπιλεγμένης περιοχής του κρυστάλλου με τη χρήση του λέιζερ προσφέρει χωρικά ελεγχόμενο εμπλουτισμό σε κλίμακα μικρομέτρων. Αυτή η διαδικασία ενίσχυσε το ενδιαφέρον για τον έλεγχο της εκπομπής κυκλικά πολωμένου φωτός στις ζώνες του φωτοχημικά εμπλουτισμένου κρυστάλλου. Τα διχαλκογενή μέταλλα μετάπτωσης έχουν ενδιαφέρουσες ιδιότητες που αφορούν τη ζώνη και το σπιν των φορέων του υλικού λόγω της ισχυρής αλληλεπίδρασης τους. Αποδεικνύουμε τον έλεγχο της πόλωσης σπιν/ζώνης κατά 40% σε μονοστρωματικό κρύσταλλο WS2 ύστερα από το φωτοχημικό εμπλουτισμό. Η μείωση της κυκλικής πόλωσης μετά από το φωτοχημικό εμπλουτισμό σε περιβάλλον χλωρίου αποδίδεται στη μείωση των ελαττωμάτων του κρυσταλλικού πλέγματος καθώς επίσης και την αύξηση του χρόνου ζωής των εξιτονίων που δεν εκπέμπουν φωτόνια. Οι θεωρητικές προβλέψεις και οι μετρήσεις φασματοσκοπίας μεταβατικής απορρόφησης επιβεβαιώνουν τα αποτελέσματα μας. Επιπλέον αποδείξαμε πως ο βαθμός της κυκλικής πόλωσης εξαρτάται από τον τύπο υποστρώματος στον οποίο εναποτίθεται ο μονοστρωματικός κρύσταλλος αλλά και από τον φωτοχημικό εμπλουτισμό. Αυτά τα συμπεράσματα καθιστούν τα διχαλκογενή μέταλλα μετάπτωσης κατάλληλα υλικά για μελλοντικές εφαρμογές και αρχιτεκτονικές υπολογιστών.

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document