Spreyde damlacık boyutu her şeyi belirler

Bir nozuldan çıkan sıvı, önce bir tabaka ya da jet hâlinde kalır, sonra kararsızlaşıp parçalanır (birincil atomizasyon) ve oluşan iri damlalar aerodinamik kuvvetlerle daha da bölünür (ikincil atomizasyon).

Sonuç tek bir çap değil, bir dağılımdır — ve uygulamanın başarısı bu dağılımın şekline bağlıdır.

Neden dağılım önemli

• Buharlaşma yüzey alanıyla orantılıdır; küçük damlalar hızla buharlaşır, iriler hedefe ıslak ulaşır [1].
• Nüfuz etme kütleyle orantılıdır; çok küçük damlalar hedefe varamadan sürüklenir.
• Sürüklenme (drift) küçük damlalarda sorundur: tarımsal püskürtmede ve soğutma kulelerinde çevresel kısıt yaratır.

Bu üç gereksinim birbiriyle çelişir; tasarım dar bir optimum arar. Tek bir ortalama çapla koşulan bir analiz, tam olarak bu çelişkiyi göremez.

Nozul tipleri

Basınçlı girdap (simplex). Sıvıya dönme verilerek ince bir koni oluşturulur. Basit ve yaygın; ama debi düştüğünde atomizasyon kalitesi hızla bozulur — yük aralığı dardır.

Hava destekli / iki akışkanlı. Yüksek hızlı hava sıvıyı parçalar. Geniş yük aralığında iyi atomizasyon verir; bedeli sıkıştırılmış hava tüketimidir.

Düz jet ve yelpaze. Kaplama uygulamaları için; desen kalitesi kritik.

Modelleme

Birincil atomizasyonu doğrudan çözmek pahalıdır ve çoğu endüstriyel problemde gereksizdir. Pratik yol, nozul çıkışında ölçülmüş bir boyut dağılımı tanımlayıp damlacıkları ayrık faz olarak izlemektir. Bkz. çok fazlı akış notu.

Dikkat edilecekler:

• Sürükleme katsayısı Reynolds sayısına bağlı hesaplanmalıdır [2].
• Damla-duvar etkileşimi tanımlanmalıdır: yapışma, sıçrama, film oluşturma. Varsayılan "yapışır" kabulü kaplama ve soğutma problemlerinde yanıltır.
• Buharlaşan damlacık hem kütle hem gizli ısı kaynağıdır; ikisi de gaz fazını değiştirir.

Kaynaklar

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