Aşağı təzyiqli yanacaq inyeksiya sistemləri sadə quruluş, daha aşağı nasoslama tələbi və aşağı sistem xərci kimi üstünlüklər təmin edə bilər. Lakin təzyiq azaldıqda yanacaq şırnağını kiçik damcılara ayıran aerodinamik qüvvələr də zəifləyə bilər. Bunun nəticəsi iri metanol damcıları, yavaş buxarlanma və qeyri-kafi qaz–maye qarışması ola bilər.

Bu tədqiqat aşağı təzyiqli metanol püskürtməsində bu problemi termodinamik atomizasiya mexanizmi olan flaş qaynama vasitəsilə azaltmağı araşdırır. Yanacaq olduğu mühitin qaynama şərtlərinə nisbətən həddən artıq qızdırıldıqda damcıların içində buxar qabarcıqları yarana bilər. Qabarcıqların sürətlə böyüməsi və parçalanması damcıları daxildən bölərək klassik aerodinamik atomizasiyaya əlavə faza-dəyişməli parçalanma mexanizmi yaradır.

Tədqiqatçılar Euler–Lagrange əsaslı üçölçülü qeyri-stasionar CFD modeli daxilində KH–RT parçalanma modelini flaş-qaynama buxarlanma modeli ilə birləşdirmişlər. Ənənəvi KH–RT parametrləri aşağı təzyiqli flaş-qaynama şəraitində güclü ikincili parçalanmanı kifayət qədər təmsil etmədiyindən model eksperimental sprey xüsusiyyətlərindən istifadə olunaraq yenidən kalibrlənmişdir.

Mənbə preprintdə kalibrlənmiş model təxminən 45,6 mm maye penetrasiyası proqnozlaşdırmış, təxminən 43 mm olan eksperimental dəyərdən sapma təxminən %6 hesablanmışdır.

Ən mühüm nəticə yanacağın həddən artıq qızdırılmasının damcıların incəlməsi üzərində inyeksiya təzyiqinə nisbətən xeyli daha böyük təsir yaratmasıdır. Flaş qaynama olmayan şəraitdə təxminən 132 µm olan Sauter Orta Diametri (SMD), həddindən artıq flaş qaynama şəraitində təxminən 23–26 µm-ə düşmüşdür. Bu, damcının xarakterik ölçüsündə %80-dən çox azalma deməkdir.

Bununla belə, tədqiqat real yanmanı modelləşdirmir. Nəticələr daha yaxşı atomizasiya, buxarlanma və qaz fazalı metanolun yaranmasını dəstəkləyir; bunlar birbaşa yanma səmərəliliyinin artmasının və ya emissiyaların azalmasının sübutu deyil.

Aşağı təzyiqli metanol inyeksiyasının əsas problemi nədir?

Maye yanacaq nozzle-dan çıxdıqda kiçik damcılara parçalanmalıdır. Damcı kiçildikcə səth sahəsi/həcm nisbəti artır və yanacaq ətrafdakı qazla daha sürətli istilik və kütlə mübadiləsi edə bilər.

Yüksək inyeksiya təzyiqi maye ilə onu əhatə edən qaz arasında böyük sürət fərqləri yaradır. Bu aerodinamik kəsici qüvvələr maye şırnağının parçalanmasına kömək edir.

Aşağı təzyiqdə isə bu mexanizm zəifləyir. İri damcıların buxarlanması daha uzun çəkir və yanacaq–hava qarışığı daha qeyri-bərabər ola bilər.

Metanolun yüksək buxarlanma gizli istiliyi də bu problemi əhəmiyyətli edir. Yanacağın maye fazadan qaz fazasına keçməsi xeyli enerji tələb edir.

Flaş Qaynama Metanol Spreyini Necə Parçalayır?

Flaş qaynama isti mayenin daha aşağı təzyiqli mühitə qəfil daxil olması ilə yaranan sürətli faza dəyişməsidir.

Damcının temperaturu ətraf mühit təzyiqində doyma temperaturunu keçdikdə maye həddən artıq qızdırılmış vəziyyətə gəlir.

Tədqiqatda bu vəziyyət üç termodinamik göstərici ilə izah olunur:

Həddən artıq qızdırma:

ΔT = T_d − T_sat(P∞)

Təzyiq nisbəti:

PR = P_sat(T_d) / P∞

Jacob ədədi:

Ja = c_p[T_d − T_sat] / h_fg

ΔT damcının nə qədər həddən artıq qızdırıldığını, PR damcının doyma təzyiqi ilə ətraf mühit təzyiqi arasındakı əlaqəni, Ja isə damcının hiss olunan istilik ehtiyatının faza dəyişməsi üçün tələb olunan gizli istiliyə nisbətən ölçüsünü ifadə edir.

Flaş qaynama başladıqda damcı daxilində buxar nüvələri yaranır. Bu qabarcıqlar böyüyərək mayeni xaricə doğru sıxır və damcının ikincili parçalanmasını gücləndirir.

KH–RT Modeli Niyə Yenidən Kalibrləndi?

Kelvin–Helmholtz mexanizmi əsasən qaz ilə maye arasındakı sürət fərqindən yaranan səth qeyri-sabitliklərini təmsil edir. Rayleigh–Taylor mexanizmi isə damcının güclü sürətlənməsi və ya yavaşıması zamanı sıxlıq fərqlərinə görə inkişaf edən qeyri-sabitlikləri təsvir edir.

Ənənəvi KH–RT modeli əsasən mexaniki və aerodinamik parçalanmanın dominant olduğu yanacaq püskürtmələri üçün sazlanmışdır.

Aşağı təzyiqli flaş qaynama şəraitində isə damcı daxilində qabarcığın genişlənməsi əlavə parçalanma yaradır.

Tədqiqatçılar buna görə KH ölçü sabitini, RT zaman sabitini və RT dalğa uzunluğu miqyas sabitini dəyişən altı model kombinasiyasını araşdırmışlar.

Ən yaxşı ümumi uyğunluğu təmin edən Case 6-da:

• KH ölçü sabiti: 0,3,
• RT zaman sabiti: 0,2,
• RT dalğa uzunluğu miqyas sabiti: 0,32

istifadə edilmişdir.

Parametrlərin müqayisəsi göstərmişdir ki, RT ilə bağlı miqyasların azaldılması spreyin radial yayılmasına və damcıların incəlməsinə yalnız KH ölçü parametrinin dəyişdirilməsindən daha güclü təsir göstərir.

Yanacaq Temperaturu ilə İnyeksiya Təzyiqi Eyni Təsiri Göstərirmi?

Xeyr. Tədqiqat göstərir ki, bu iki dəyişən fərqli fiziki mexanizmləri gücləndirir.

İnyeksiya təzyiqi başlanğıc momentumu artırır. Yanacaq daha sürətlə irəli daşınır və maye penetrasiyası uzanır.

373 K-də orta flaş-qaynama şəraitində təzyiqin 0,4 MPa-dan 1,2 MPa-ya artırılması, 1 ms-də penetrasiyanı təxminən 32 mm-dən 36 mm-ə yüksəltmişdir.

Yanacaq temperaturu isə flaş-qaynama intensivliyini artırır. Bu, damcının daxildən parçalanmasını, buxarlanmasını və radial yayılmasını gücləndirir.

Eyni 1,2 MPa inyeksiya təzyiqində temperatur 373 K-dən 423 K və 473 K-ə artırıldıqda penetrasiya təxminən 36 mm-dən müvafiq olaraq 34 və 33 mm-ə düşmüşdür.

Burada daha qısa maye penetrasiyası təkbaşına zəif atomizasiya demək deyil. Faza dəyişməsi səbəbindən mayenin oxboyu momentumu daha sürətlə itirilərkən radial paylanma və qaz fazasına keçid güclənir.

Sauter Orta Diametri Niyə Vacibdir?

Sauter Mean Diameter — SMD — damcı qrupunun ümumi həcmi ilə ümumi səth sahəsi arasındakı əlaqəni ifadə edən xarakterik ölçüdür.

Eyni yanacaq miqdarında daha kiçik SMD daha böyük ümumi səth sahəsi deməkdir. Bu da istilik və kütlə ötürülməsini sürətləndirə biləcək şərait yaradır.

Həddindən artıq flaş qaynama şəraitindəki təxminən 23 µm dəyəri, flaş qaynama olmayan təxminən 132 µm şəraitlə müqayisədə təxminən %83 kiçilmə deməkdir.

Eyni temperaturda yalnız inyeksiya təzyiqinin 0,4 MPa-dan 1,2 MPa-ya artırılması isə SMD-ni təxminən 46 µm-dən 39 µm-ə endirmişdir. Bu, təxminən %15 dəyişiklikdir.

Buna görə bu tədqiqat şəraitində damcı ölçüsünü idarə edən əsas dəyişən yanacağın həddən artıq qızdırılması və bununla əlaqəli faza-dəyişməli parçalanmadır.

Tədqiqatın Metodu və Nəticələri

CFD yanaşması

Qaz fazası Euler yanaşması ilə, maye metanol damcıları isə Lagrange hissəcikləri kimi həll edilmişdir. Damcıların toqquşması, parçalanması, hərəkəti və buxarlanması diskret faza modeli daxilində izlənmişdir.

Hesablama sahəsi

Model atmosfer təzyiqindəki yanmadan əvvəlki həcmə 1 mm diametrli nozzle-dan inyeksiyanı təmsil edir. Hesablama sahəsinin oxboyu uzunluğu 60 mm, radial eni isə 25 mm-dir.

Mesh müstəqilliyi

Təxminən 0,32 milyon, 0,64 milyon və 1,28 milyon hüceyrədən ibarət üç mesh müqayisə edilmişdir.

Orta və incə mesh arasında pik hissəcik sayı sıxlığı təxminən %2,1 artmış, SMD təxminən %3,4 azalmış və pik sürət təxminən %2,7 dəyişmişdir. Hesablama xərci ilə dəqiqlik arasında tarazlıq yaratmaq üçün sonrakı hesablamalarda təxminən 0,64 milyon hüceyrəli orta mesh istifadə edilmişdir.

Modelin doğrulanması

KH–RT parametrləri dərc olunmuş eksperimental methanol sprey məlumatları ilə müqayisə edilmişdir. Preprint versiyasındakı Case 6 təxminən 45,6 mm penetrasiya proqnozu ilə təxminən 43 mm olan eksperimental dəyərdən təxminən %6 sapma göstərmişdir.

Momentum paylanması

Təzyiq artdıqda spreyin irəli istiqamətli momentumu böyüyür. Temperatur və flaş-qaynama intensivliyi artdıqda isə damcılar nozzle yaxınlığında daha sürətlə parçalanıb buxarlanır və momentumun daha böyük hissəsi radial yayılmaya çevrilir.

Buxarlanma ilə soyuma

Flaş qaynama zamanı damcının hiss olunan istiliyi faza dəyişməsinin gizli istiliyinə çevrildiyindən nozzle yaxınlığında güclü soyuma sahəsi hesablanmışdır. Güclü və həddindən artıq şəraitdə modelin bəzi lokal bölgələrində temperatur təxminən 230–250 K səviyyəsinə düşmüşdür.

Metanol buxarı

Flaş qaynama olmayan halda qaz fazasındakı metanol əsasən nozzle ətrafında qalarkən, güclü və həddindən artıq flaş qaynamada metanol buxarı ilə zəngin sahə daha geniş və radial quruluş almışdır.

Damcıların incəlməsi

SMD-nin 132 µm-dən 23–26 µm səviyyəsinə qədər düşməsi tədqiqatın faza-dəyişməli atomizasiya mexanizmi ilə bağlı ən güclü sayısal nəticəsidir.

Tədqiqatın dəstəklədiyi nəticələr

• Flaş qaynama aşağı təzyiqli metanol spreyində ikincili damcı parçalanmasını gücləndirə bilər.
• Yanacağın həddən artıq qızdırılması SMD üzərində inyeksiya təzyiqindən daha güclü təsir göstərmişdir.
• İnyeksiya təzyiqi əsasən maye fazanın oxboyu daşınmasını artırmışdır.
• Flaş qaynama gücləndikcə sprey daha radial olmuş və maye penetrasiyası qısalmışdır.
• Buxarlanma ilə soyuma sahəsi ilə metanol buxarı zonası birlikdə genişlənmişdir.
• Ənənəvi KH–RT parametrlərinin bu aşağı təzyiqli faza-dəyişməli parçalanmanı təmsil etmək üçün yenidən kalibrlənməsinə ehtiyac olmuşdur.

Tədqiqatın dəstəkləmədiyi nəticələr

• Real yanma səmərəliliyinin artdığı birbaşa ölçülməmişdir.
• NOx, CO, formaldehid və ya digər emissiyaların azaldığı göstərilməmişdir.
• Yanma sabitliyi birbaşa modelləşdirilməmişdir.
• Divar islanması və yanma kamerası divarının istilik ötürülməsi bu modelin son doğrulaması deyil.
• 230–250 K temperatur sahələri eksperimental ölçmə deyil, CFD hesablamasıdır.
• Model parametrləri bütün nozzle həndəsələri və bütün metanol sistemləri üçün universal sabitlər kimi qəbul edilə bilməz.

Mühəndislik baxımından əsas nəticə

Aşağı təzyiqli sistemlərdə daha yüksək nasos təzyiqindən istifadə etmək əvəzinə və ya onunla birlikdə yanacağı nəzarətli şəkildə həddən artıq qızdıraraq flaş qaynama yaratmaq metanolun damcı ölçüsünü nəzərəçarpacaq dərəcədə azalda bilən alternativ atomizasiya yanaşması təmin edə bilər.

Lakin real cihaz optimallaşdırılmasında nasos enerjisi, yanacağın əvvəlcədən qızdırılma enerjisi, təhlükəsizlik, injektor temperatur hədləri, material davamlılığı, yanma sabitliyi və emissiyalar birlikdə qiymətləndirilməlidir. Bu tədqiqat sistem səviyyəli bu optimallaşdırmanı həyata keçirməmişdir.

Mənbə və Metod Qeydi

Orijinal tədqiqat:Numerical investigation of low-pressure methanol flash-boiling spray for phase-change atomization and vaporization enhancement in clean combustion devices

Müəlliflər: Guozheng Han; Baixin Cheng; Chuanqing Zhu; Ying Zhao.

Qurum: Liaocheng University, China.

Yüklənmiş mənbə: SSRN preprint, 31 səhifə.

SSRN nəşr tarixi: 9 İyun 2026.

SSRN DOI: 10.2139/ssrn.6906684

Cari jurnal qeydi: Thermal Science and Engineering Progress, Volume 78 (2026), Article 104911.

Yekun məqalə DOI: 10.1016/j.tsep.2026.104911

Nəşr versiyası qeydi: Bu Verianla məzmununun sayısal nəticələri yüklənmiş SSRN preprint versiyasına əsaslanır. Cari ScienceDirect qeydi eyni tədqiqatın resenziyalı jurnal versiyasını göstərir. Yekun versiya bəzi model doğrulama təfərrüatlarında yeniləmə ehtiva edə biləcəyindən akademik istinadda jurnal versiyası əsas götürülməlidir.

Müəllif hüquqları qeydi: SSRN qeyd səhifəsi preprint üçün təkrar istifadəyə icazə verməyən hüquq bildirişi təqdim edir. Cari ScienceDirect məqaləsi açıq giriş və Creative Commons kimi siyahıya alınır; lakin şəkil və ya cədvəlin yenidən istifadəsindən əvvəl yekun qeyddəki exact lisenziya alt növü yoxlanmalıdır.

Əsas metodoloji məhdudiyyətlər: Tədqiqat üçölçülü reaksiyasız CFD simulyasiyasına əsaslanır. Real yanma kimyası, çirkləndirici yaranması, alov sabitliyi və yanma kamerası divarının istilik ötürülməsi hesablamaya daxil edilməmişdir. KH–RT sabitləri müəyyən eksperimental metanol sprey məlumatlarından istifadə olunaraq kalibrlənmişdir; fərqli həndəsələr və şərait üçün müstəqil doğrulama tələb olunur.

Verianla anlatım prinsipi: Bu məzmun mənbə preprintin tam mətn tərcüməsi deyil. Model arxitekturası, iş şəraiti, sayısal dəyərlər, fiziki mexanizmlər və məhdudiyyətlər qorunaraq müstəqil öyrədici struktur yaradılmışdır. Mənbə CFD xəritələri və qrafik kompozisiyaları kopyalanmamışdır.