في الرذاذ، مقاس القطرة يقرر كل شيء

السائل الخارج من الفوهة يبقى أولًا صفيحةً أو نفاثة، ثم يفقد استقراره ويتفكك (التذرية الأولية)؛ ثم تفكّك القوى الأيروديناميكية القطرات الخشنة المتكوّنة تفكيكًا إضافيًا (التذرية الثانوية).

والنتيجة ليست قطرًا واحدًا بل توزيعًا — ونجاح التطبيق يتوقف على شكل ذلك التوزيع.

لماذا يهمّ التوزيع

• التبخر يتناسب مع مساحة السطح؛ فالقطرات الصغيرة تتبخر سريعًا، والخشنة تبلغ الهدف وهي مبلّلة بعد [1].
• الاختراق يتناسب مع الكتلة؛ فالقطرات الصغيرة جدًا تُحمَل بعيدًا قبل أن تبلغ الهدف.
• الانجراف مشكلةُ القطرات الصغيرة: فهو يُنشئ قيودًا بيئية في الرش الزراعي وفي أبراج التبريد.

وهذه المتطلبات الثلاثة متعارضة؛ والتصميم يبحث عن قيمة مثلى ضيّقة. والتحليل الذي يُجرى بقطر متوسط واحد لا يستطيع رؤية هذا التعارض البتة.

أنواع الفوهات

الدوّامية بالضغط (simplex). يُعطى السائل دورانًا ليتشكّل مخروط ناعم. بسيطة وشائعة؛ لكن جودة التذرية تتدهور سريعًا مع انخفاض التدفق — فمدى التعديل ضيّق.

ثنائية المائع / المدعومة بالهواء. هواءٌ عالي السرعة يفكّك السائل. وتعطي تذرية جيدة على مدى حمل واسع؛ وثمنُها استهلاك الهواء المضغوط.

النفاثة المسطحة والمروحية. لتطبيقات الطلاء حيث تكون جودةُ نمط الرش حرجة.

النمذجة

حلّ التذرية الأولية مباشرةً مكلف وغير لازم لمعظم المسائل الصناعية. والطريق العملي تعريفُ توزيع مقاسات مقيس عند مخرج الفوهة وتتبّعُ القطرات بوصفها طورًا منفصلًا. انظر ملاحظة الجريان متعدد الأطوار.

ومواضع الانتباه:

• يجب حساب معامل المقاومة بدلالة عدد رينولدز [2].
• يجب تعريف التفاعل بين القطرة والجدار: التصاق، أو تناثر، أو تكوين غشاء. والافتراض الضمني «تلتصق» مضلِّل في مسائل الطلاء والتبريد.
• القطرة المتبخرة منبعُ كتلة ومنبعُ حرارة كامنة في آنٍ؛ وكلاهما يغيّر الطور الغازي.

المراجع

1. Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).
2. Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806