Original title: Interaction of spray with ambient flow
Translated title: Interaction of spray with ambient flow
Authors: Cejpek, Ondřej ; Ing. Darina Liederhausová, Ph.D., Ing.Paed.Igip (referee) ; Vimmr, Jan (referee) ; Jedelský, Jan (advisor)
Document type: Doctoral theses
Year: 2025
Language: eng
Publisher: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract: [eng] [cze]
Spreje jsou využívány v průmyslových sektorech, při výrobě energie a v zemědělství. Spreje ovlivňují vše od chemických procesů až po účinnost spalování. Atomizéry jsou typicky vyvíjeny a testovány v kontrolovaných laboratorních podmínkách, bez okolního proudění, které výrazně ovlivňuje charakteristiky spreje. Pochopení interakce mezi spreji a okolními prouděními je zásadní pro navrhování účinných atomizérů pro praktické prostředí. Tato práce se zabývá tlakovými vířivými a šumivými atomizéry v podmínkách příčného a protiproudého uspořádání. Pokročilé optické měřicí techniky, jako je vysokorychlostní vizualizace a fázová Dopplerova anemometrie, jsou použity k analýze interakcí mezi kapkami a prouděním. Bylo zjištěno, že méně stabilní atomizéry (za laboratorních podmínek bez okolního proudění) mohou být vhodnější pro vysokorychlostní příčné proudění. Relativní rychlost mezi kapalným filmem a příčným prouděním výrazně ovlivňují délku rozpadu, kterou lze přesně předpovědět pomocí lineární analýzy nestability. V protiproudém uspořádání může snížení rychlosti kapaliny snížit tlakové ztráty plynu (P) a zrovnoměrnit rychlostní profil protiproudého proudu. Naše zjištění odhalila, že pro přesné předpovědi musí být v modelu P zahrnuto celkové rozložení velikosti kapek. V důsledku nerovnoměrného rychlostního profilu mohou být odneseny kapky výrazně větší, než je predikováno při předpokladu rovnoměrného rychlostního profilu. Výsledky této práce poskytují nové poznatky a objasňují dosud neznámé aspekty chování spreje za reálných podmínek. Sprays are deployed across industrial sectors, energy production, and agriculture, influencing everything from chemical processes to combustion efficiency. Atomizers are typically developed and tested in controlled laboratory conditions that lack external ambient flow, which significantly impacts the spray characteristics. Understanding the interaction between sprays and surrounding flows is crucial for designing efficient atomizers for practical environments. This work deals with pressure-swirl and effervescent atomizers under cross and counter-flow conditions. Advanced optical measurement techniques such as high-speed visualisation and Phase Doppler Anemometry are used to analyse droplet/gas interactions. It was found that atomizers featuring less stable liquid atomization, under no ambient flow conditions, may be more suitable atomizer for high-speed cross-flow. Relative velocity between the liquid sheet and the cross-flow significantly affects the breakup length, which can be accurately predicted by Linear instability analysis under cross-flow. In counterflow arrangements, reducing liquid velocity can decrease gas side pressure loss (P) and flow maldistribution. Our findings revealed that an overall droplet size distribution must be included in the P model to provide accurate predictions. Due to flow maldistribution, entrained droplets can be significantly larger than predicted by the assumption of uniform velocity. The results of this thesis provide new insights and clarify previously unknown aspects of spray behaviour under realistic conditions.
Keywords: fázová Dopplerovská anemometrie; okolní proudění; příčné a protiproudé uspořádání; rozpad kapalného filmu; srážkový šumivý atomizér; Tlakový vířivý atomizér; vysokorychlostní vizualizace; šumivý atomizér; ambient flow; cross and counter-flow; effervescent atomizer; high-speed visualization; impinging effervescent atomizer; liquid sheet breakup; Phase Doppler Anemometry; Pressure swirl atomizer

Institution: Brno University of Technology (web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library.
Original record: https://hdl.handle.net/11012/250680

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-674572


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Brno University of Technology
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses