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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
The phenomena of droplet impingement has several applications in engineering and industrial
processes, such as spray cooling, spray painting and spray coating. For aeronautical engineering,
high-speed impacts can cause erosion in steam turbines and the impact of fuel sprays on a wall
of internal combustion engines affects the rate of fuel evaporation and droplet distribution. The
outcome of droplet impingement depends on the liquid and its properties, the impact surface
and kinematic parameters.
The excessive use of fossil fuels led humans to find more ecological viable alternatives, in order
to reduce harmful exhaust emissions of liquid-fuel combustors. In this way, the study of biological
alternative fuels has proven to be imperative in order to understand its behaviour when
employed in the aeronautical sector.
Although these phenomena are widely studied, researches concerning the impact of Jet A-1
mixed with NEXBTL biofuel droplets influenced by a crossflow are scarce. Consequently, a
fundamental study of the influence of crossflow variation on impacting droplets is performed.
To study the droplet impingement behaviour on a smooth, dry aluminium surface, an experimental
facility was used. Normal impact is studied in order to better understand the influence
of the crossflow. The experiments are conducted with crossflow velocities of 7m.s-1,10m.s-1,
12m.s-1 and 15m.s-1 and four fluids: 100% Jet-Fuel, 75% JF - 25% HVO, 50% JF - 50% HVO and
H2O (pure water) as reference. Considering that present legislation in the aeronautical sector
allows a minimum concentration of 50% Jet-Fuel, no other mixtures are considered.
It was observed that the non-splash/splash transition for normal impact differs from crossflow
impact, where both velocity components have effect on impact outcome. Thus, the experimental
results were compared with empirical correlations proposed in the literature. It was also
verified that an increase of tangential velocity, i.e, an increase in crossflow velocity, smoothed
the extent of small secondary droplets.
O fenómeno do impacto de gotas tem diversas aplicações na engenharia e processos industriais, como em arrefecimento, pintura e revestimentos por sprays. Em engenharia aeronáutica, impactos de gotas a alta velocidade podem causar erosão em turbinas e o impacto de gotas de combustível nas paredes de motores de combustão interna afeta a razão de evaporação de combustível e a distribuição de gotas. O resultado do impacto de gotas depende das propriedades do líquido, das características superfície de impacto e dos parâmetros cinemáticos. O uso excessivo de combustíveis fósseis levou o homem a encontrar alternativas viáveis e mais ecológicas, de forma a reduzir emissões nocivas. Desta maneira, o estudo de combustíveis biológicos alternativos torna-se indispensável de forma a compreender o seu comportamento quando aplicados no sector aeronáutico. Embora estes fenómenos sejam alvo de diversos estudos, estudos envolvendo gotas de Jet A-1 misturadas com NEXBTL são escassas. Assim sendo, um estudo fundamental da influência de um escoamento cruzado no impacto de gotas foi realizado. Para estudar o comportamento da colisão de gotas em superfícies secas sob o efeito de um escoamento cruzado, foi utilizada uma instalação experimental. O impacto normal foi, também, estudado de forma a melhor compreender a influência da variação escoamento cruzado. Os estudos experimentais foram realizados com velocidades de crossflow de 7m.s-1,10m.s-1, 12m.s-1 e 15m.s-1 e com quatro fluídos: 100% Jet-Fuel, 75% JF - 25% HVO, 50% JF - 50% HVO e H2O (água destilada). Tendo em consideração que a legislação atual para o sector aeronáutico apenas permite uma percentagem mínima em volume de 50% Jet-Fuel, deste modo não foram consideradas outras misturas. Observou-se que a transição não-splash/splash para o impacto normal de uma gota difere do impacto sob a influência de um escoamento cruzado, onde as componentes da velocidade aparentam ter significância. Assim, os resultados experimentais foram comparados com as correlações empíricas propostas pela literatura. Foi também verificado que um aumento na velocidade tangencial no instante anterior ao impacto, ou seja, correspondendo a uma velocidade do escoamento cruzado maior aparenta reduzir a ocurrência das pequenas gotas secundárias.
O fenómeno do impacto de gotas tem diversas aplicações na engenharia e processos industriais, como em arrefecimento, pintura e revestimentos por sprays. Em engenharia aeronáutica, impactos de gotas a alta velocidade podem causar erosão em turbinas e o impacto de gotas de combustível nas paredes de motores de combustão interna afeta a razão de evaporação de combustível e a distribuição de gotas. O resultado do impacto de gotas depende das propriedades do líquido, das características superfície de impacto e dos parâmetros cinemáticos. O uso excessivo de combustíveis fósseis levou o homem a encontrar alternativas viáveis e mais ecológicas, de forma a reduzir emissões nocivas. Desta maneira, o estudo de combustíveis biológicos alternativos torna-se indispensável de forma a compreender o seu comportamento quando aplicados no sector aeronáutico. Embora estes fenómenos sejam alvo de diversos estudos, estudos envolvendo gotas de Jet A-1 misturadas com NEXBTL são escassas. Assim sendo, um estudo fundamental da influência de um escoamento cruzado no impacto de gotas foi realizado. Para estudar o comportamento da colisão de gotas em superfícies secas sob o efeito de um escoamento cruzado, foi utilizada uma instalação experimental. O impacto normal foi, também, estudado de forma a melhor compreender a influência da variação escoamento cruzado. Os estudos experimentais foram realizados com velocidades de crossflow de 7m.s-1,10m.s-1, 12m.s-1 e 15m.s-1 e com quatro fluídos: 100% Jet-Fuel, 75% JF - 25% HVO, 50% JF - 50% HVO e H2O (água destilada). Tendo em consideração que a legislação atual para o sector aeronáutico apenas permite uma percentagem mínima em volume de 50% Jet-Fuel, deste modo não foram consideradas outras misturas. Observou-se que a transição não-splash/splash para o impacto normal de uma gota difere do impacto sob a influência de um escoamento cruzado, onde as componentes da velocidade aparentam ter significância. Assim, os resultados experimentais foram comparados com as correlações empíricas propostas pela literatura. Foi também verificado que um aumento na velocidade tangencial no instante anterior ao impacto, ou seja, correspondendo a uma velocidade do escoamento cruzado maior aparenta reduzir a ocurrência das pequenas gotas secundárias.
Description
Keywords
Atomização Secundária Biofuel Escoamento Cruzado Impacto de Gotas Jet-Fuel Sprays Transição Não-Splash/Splash