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Advisor(s)
Abstract(s)
Droplet impact is a common phenomenon that occurs frequently in several applications such as
fuel injection in internal combustion engines, processes involving spray paints and cooling of
electronic equipment. Due to the technological advance, it becomes possible to observe in
detail the dynamic impingement. In the study of droplet impingement, the influencing
parameters are the liquid, along with its physical properties, the impact surface, the
surrounding environment, or by the action of gravity. The combination of these terms lead to
different and unique effects.
The researches concerning the dynamic behavior of oblique impacts are scarce and not fully
understood. Consequently, it was decided to deepen its theme through the development of this
work.
The major goal of the present work is a comparison that involves an experimental study of the
phenomena occurring during the impact of liquid droplets onto a dry surface with a cross
flowing air and droplets impact onto a sloped surface, using two dry aluminum plates with mean
roughness (Ra= and Ra= ). Due to the crossflow, the droplet does not have the
same direction as the gravitational acceleration and suffers a certain deformation that seems
to vary the condition. For the sloped surface, the droplet is spherical throughout the trajectory
and both the gravitational acceleration and movement of the droplet have the same direction.
In this study, it was considered a crossflow velocity of 7m/s and it was designed a mechanism
that has the possibility to vary the surface angles. Four fluids were used: 100% Jet-Fuel, 75%JF
- 25%HVO, 50%JF - 50%HVO and H2O (pure water) as a reference. It was considered a
combination of a conventional jet fuel and a biofuel (HVO – Hydroprocessed Vegetable Oil),
more specifically Jet A-1 and NEXBTL, with the aim to implement new alternatives to reduce
the pollution levels. It is through these innovations that it is possible to improve various systems
such as piston engines or gas turbines with alternative fuels. In order to maintain the coherence
of the results between the two experimental works, the impact velocity and incident angle
were kept approximately the same, in the two activities. Due to the different impact
conditions, only two phenomena were expected for this comparison: spreading and splash. A
MATLAB algorithm was developed to achieve the different droplet diameters and impact
velocities. The researches concerning the dynamic behavior of oblique impacts are scarce, and
not fully understood.
The experimental data obtained allows comparing the splashing thresholds available in the
literature. The purpose of this empirical correlations is to predict the transition between
deposition and splash. Therefore, the normal impact was also studied and analyzed the
splash/non-splash transition for the two impact surfaces analyzed.
O impacto de gotas é um fenómeno frequente que ocorre em diversas aplicações, tais como na injeção de combustível em motores de combustão interna, processos de pintura que envolvem spray e resfriamento de equipamentos eletrónicos. Devido ao avanço tecnológico, torna-se possível observar detalhadamente a dinâmica do impacto de gotas. No estudo do impacto de gotas os parâmetros que influenciam são: os fluídos, juntamente com as suas propriedades físicas, a superfície de impacto, o ambiente circundante e ainda a aceleração gravítica. A combinação desses termos leva a efeitos diferentes e únicos. Verificou-se que os estudos sobre o comportamento dinâmico dos impactos oblíquos são escassos e não estão completamente compreendidos. Consequentemente decidiu-se aprofundar o respetivo tema através do desenvolvimento do presente trabalho. O principal objetivo do presente trabalho é uma comparação entre dois estudos experimentais. Um dos trabalhos é referente ao impacto de gotas sobre uma superfície seca com um escoamento cruzado e o outro corresponde ao impacto de gotas sobre uma superfície inclinada, usando duas placas secas de alumínio com uma dada rugosidade média (Ra = 0,19 e Ra = 0,13 ). Devido ao escoamento cruzado, a gota não tem a mesma direção da aceleração gravítica e sofre uma certa deformação que parece influenciar a condição de impacto. Para a superfície inclinada, a gota é esférica ao longo da trajetória e tanto a aceleração gravítica como o movimento da gotícula têm a mesma direção. Neste estudo foi considerada uma velocidade de escoamento cruzado de 7m/s e foi projetado um mecanismo que tem a possibilidade de variar os ângulos da superfície. Foram utilizados quatro fluidos: 100% Jet-Fuel, 75%JF - 25% HVO, 50%JF - 50%HVO e H2O (água pura) como referência. Considerou-se uma combinação de um combustível de aviação convencional, Jet A-1 e um biocombustível (HVO - Óleo Vegetal Hidroprocessado) mais especificamente e NEXBTL. Com o objetivo de implementar novas alternativas para reduzir os níveis de poluição. É através destas inovações que é possível melhorar vários sistemas, tais como motores a pistão ou turbinas a gás com combustíveis alternativos. A fim de manter a coerência dos resultados entre os dois trabalhos experimentais, a velocidade de impacto e o ângulo de incidência foram mantidos aproximadamente os mesmos nas duas atividades. Devido às diferentes condições de impacto, apenas dois fenómenos eram esperados: deposição e splash. Foi desenvolvido um algoritmo em MATLAB para determinar os diâmetros de gotas e as velocidades de impacto. Os dados experimentais obtidos permitem comparar os limites de splash disponíveis na literatura. O objetivo dessas correlações empíricas é prever a transição entre deposição e splash. Desta forma, para o impacto normal também foi estudado e analisado o limite splash/non-splash para as duas superfícies de impacto.
O impacto de gotas é um fenómeno frequente que ocorre em diversas aplicações, tais como na injeção de combustível em motores de combustão interna, processos de pintura que envolvem spray e resfriamento de equipamentos eletrónicos. Devido ao avanço tecnológico, torna-se possível observar detalhadamente a dinâmica do impacto de gotas. No estudo do impacto de gotas os parâmetros que influenciam são: os fluídos, juntamente com as suas propriedades físicas, a superfície de impacto, o ambiente circundante e ainda a aceleração gravítica. A combinação desses termos leva a efeitos diferentes e únicos. Verificou-se que os estudos sobre o comportamento dinâmico dos impactos oblíquos são escassos e não estão completamente compreendidos. Consequentemente decidiu-se aprofundar o respetivo tema através do desenvolvimento do presente trabalho. O principal objetivo do presente trabalho é uma comparação entre dois estudos experimentais. Um dos trabalhos é referente ao impacto de gotas sobre uma superfície seca com um escoamento cruzado e o outro corresponde ao impacto de gotas sobre uma superfície inclinada, usando duas placas secas de alumínio com uma dada rugosidade média (Ra = 0,19 e Ra = 0,13 ). Devido ao escoamento cruzado, a gota não tem a mesma direção da aceleração gravítica e sofre uma certa deformação que parece influenciar a condição de impacto. Para a superfície inclinada, a gota é esférica ao longo da trajetória e tanto a aceleração gravítica como o movimento da gotícula têm a mesma direção. Neste estudo foi considerada uma velocidade de escoamento cruzado de 7m/s e foi projetado um mecanismo que tem a possibilidade de variar os ângulos da superfície. Foram utilizados quatro fluidos: 100% Jet-Fuel, 75%JF - 25% HVO, 50%JF - 50%HVO e H2O (água pura) como referência. Considerou-se uma combinação de um combustível de aviação convencional, Jet A-1 e um biocombustível (HVO - Óleo Vegetal Hidroprocessado) mais especificamente e NEXBTL. Com o objetivo de implementar novas alternativas para reduzir os níveis de poluição. É através destas inovações que é possível melhorar vários sistemas, tais como motores a pistão ou turbinas a gás com combustíveis alternativos. A fim de manter a coerência dos resultados entre os dois trabalhos experimentais, a velocidade de impacto e o ângulo de incidência foram mantidos aproximadamente os mesmos nas duas atividades. Devido às diferentes condições de impacto, apenas dois fenómenos eram esperados: deposição e splash. Foi desenvolvido um algoritmo em MATLAB para determinar os diâmetros de gotas e as velocidades de impacto. Os dados experimentais obtidos permitem comparar os limites de splash disponíveis na literatura. O objetivo dessas correlações empíricas é prever a transição entre deposição e splash. Desta forma, para o impacto normal também foi estudado e analisado o limite splash/non-splash para as duas superfícies de impacto.
Description
Keywords
Biocombustível Escoamento Cruzado Impacto de Gotas:impacto Oblíquo Jet-Fuel Limite de Splash. Superfície Inclinada