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Journal Articles Thermodynamique des interfaces et mécanique des fluides Year : 2021

Drop vaporization frequency response: an approximate analytical solution for mixed injection regimes

Réponse en fréquence de l'évaporation des gouttes : une solution analytique approximative pour les régimes d'injection mixtes

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Abstract

This work is devoted to a theoretical analysis of evaporating mass frequency response to pressure oscillations of a spray of repetitively injected drops into a combustion chamber. A single stationary spherical droplet continuously fed with the same liquid fuel, so that its volume remains constant in spite of the evaporation, the so-called 'mean droplet' in the Heidmann analogy, represents this vaporizing spray of droplets. The feeding is realized with a liquidliquid heat transfer coefficient by using a source point placed at the mean droplet centre, in such a way that only radial thermal convection and conduction effects are allowed inside the droplet during the process. This feeding procedure is now viewed as a proper boundary condition that is a mixed or a generalized feeding regime controlling the whole process of liquid fuel injection into the combustion chamber. Drawing upon a linear analysis based on the Rayleigh criterion, the evaporating mass response factor is evaluated. Effects due to the variation of the heat transfer coefficient and of the process characteristic times are analysed. Especially, an abrupt increase in the response function is related to the influence of the value of a particular fuel thermodynamic coefficient.
La réponse en fréquence de l'évaporation de masse aux oscillations de pression est analysée pour un jet de gouttes répétitivement injectées dans une chambre de combustion. Dans l'analogie de Heidmann, ce jet de gouttes en évaporation est représenté par la 'goutte moyenne' qui est une goutte sphérique continuellement alimentée placée dans la chambre de combustion. L'alimentation est réalisée avec un coefficient de transfert thermique liquide-liquide en employant un point source placé au centre de la goutte, de telle manière que seuls les effets radiaux de convection et de conduction thermiques soient pris en compte à l'intérieur de la gouttelette pendant le processus. Ce procédé d'alimentation est maintenant regardé comme représentant un régime d'alimentation généralisé du processus réel d'injection de combustible liquide dans une chambre de combustion. Utilisant une analyse linéaire basée sur le critère de Rayleigh, le facteur de réponse en masse d'évaporation est évalué. Les effets dus à la variation du coefficient de transfert thermique sont analysés. En particulier, une réponse chaotique est notée dans le système quand le coefficient de transfert thermique est fixé à un.
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Dates and versions

hal-03413518 , version 1 (03-11-2021)
hal-03413518 , version 2 (03-02-2022)

Identifiers

Cite

Kwassi Anani, Roger Prud’homme, Mahouton Norbert Hounkonnou. Drop vaporization frequency response: an approximate analytical solution for mixed injection regimes. Thermodynamique des interfaces et mécanique des fluides, 2021, 5 (1), ⟨10.21494/ISTE.OP.2021.0748⟩. ⟨hal-03413518v2⟩
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