بخشی از مقاله
مقدمه:
دستگاههایی که از آنها جهت پودر کردن مایعات استفاده میشود (انژكتورها و پودرکننده‌ها) دارای کاربردهای گسترده‌ای در صنعت می‌باشند. علی‌رغم ساختمان بسیار متفاوت، انژکتورها را می‌توات بنابر کاربردشان، طبقه‌بندی نمود. انژكتور دستگاهی است برای تبدیل مایعات به قطرات ریز فراوان و پخش این قطرات درفضاي مورد نظر. تجزیه مایع مکا نیزم پیچیده‌ای دارد و به عوامل خارجی و داخلی بسیاری وابسته است. به طور کلی این تجزیه از سطح مایع و بواسطه نیروهای ائرودینامیکی شروع میشود که اندازه بزرگی آنها به سرعت جریان و غلظت گاز بستگی دارد. نیروهای آئرودینامیکی سعی در درهم شکتن و متوقف ساختن جریان دارند، اما نیروهای کشش سطحي در مقابل آن مقاومت میکنند. ازآنجا که عوامل خارجی در اكثر مواقع، عواملی تعیین کننده در تجزیه جریان به شمار می روند، به هنگام طبقه‌بندی انژکورها، با انتقال مایع به محیطهای گازی متفاوت را به طور اختصاصی مورد بررسی قرارداد.
روشهای متفاوتی برای اتمیزاسیون مایع وجود دارد. در روشی اول پودرکردن (ووش مکانیکی) مایع به خارج و به محیط گازی ساکنی جریانی می‌یابد. در روشی دوم (روش پنیوماتیک) مایه به آهستگی وارد جریان گاز متحرک میشود. باین ترتیب درروش اول از انرژی سيستيک مایع، و در روش دوم از انرژی سینتیک گاز استفاده میشود. همچنین میتوان از حالت ترکیبی این دو روشی بهره برد. بهنگام استفاده از روش الكتریکی که روشی سوم تجزیه است، جریان مایع در یک میدان مغناطیس قرار می گیرد. تحت تاثیر این جریان در سطح مایع تغییراتی از فشار به ومجرد می‌آید که شکل جریان را از پین برده، باعث کاهش استحکام و در نتیجه ازهم پاشیدگی آن شده و تولید قطره میكند. در تصوير 1-1 طبقه‌بندی دستگاهی پودركردن مایعات داده شده است. ساده‌ترین انژكتور که برای پودر کردن از روشی مکانیکی استفاده میکند، دارای نازلی با دهانه استوانه‌ای شکل است که مایع از آن به خارج جریان می‌یاد و نزدیک به قسمت بالائی با زاویه کمی، مخروط پاشش را تشکیل می‌دهد. در صورتی که نازل، شکاف‌دار ساخت شود، به هنگام خروج جریان از انژگنور نوار مسطحي از مايع تشكيل میشود.
یکی از انواع انژکتور که با جریان مایع کار میکند، انژكتور با جریانهای برخوردی میباشد. از نقطه برخورد دو جریان، مایع بصورت شعاعی به بیرون پاشیده میشود و پس از تشکیل نوار به قطرات ریزی تبدیل میشود. در انژکتور نوع ضربه‌ای جریان مايع که از نازل به بیرون راه می‌یابد، با دیواره کوچک و محکمی برخورد میکند. در این زمان امت که پديده تفرق صورت می‌گيرد. در انژكتورهائی که با نیروی کريز از مرکز کار میکنند، مایعی که در محفظه چرخش، چرخش مورد نظر را بدست آورده است، به شكل نوار باریکی از نازل خارج شده و مخروط پاشش را تشکیل می‌دهد. نوار بدست آمده تحت تأئیرمحیط گازي اطراف و سایر اغتشاشات به قطرات ریز تبديل میشود. در انژكتورمای گازی یا پنیوماتیک جریان مایع به آهستگی وارد جریان شديد گاز میشود. در سطح تمامی گاز و مایع امواج ناپایداری تشکیل می‌گردد و جریان از هم پاشیده شده و به قطرات ریز تبدیل میشود. جریان یا نوار مایع میتواند تحت زاویه‌ای خاص به سمت جریان شديد گاز هدایت شود. در این هنگام مایع بواسطة جریان هوا شکل خود را از دست داده و به قطرات ریز تبديل میشود.
در انژکتورهای چرخشی، نوار مایع باریکی که به هنگام چرخش دیسك یا استوانه به وجود می‌آید، استحکام خود را از دست داده و از هم باشیده میشود. در انژكتورهای آکوستیک که انرژی خود را از مایع بدت می‌آورند، نوار مایع تحت تاثیر نوسانات عمودی غشاء آلتراسونیک (ماوراء صوت) قرار گرفته و شکسته میشود. بر سطح مایعی که به سمت غشاء مرتعش آلتراسون جریان دارد، امواج عمودی به وجود می‌آيد که بر اثر آن ناپايداری ایجاد شده و سطح مایع شكسته میشود. در انژکتورهای آکوستیکی که انرژی خود را از کاز به دست می آورند، جریان (نوار مایع) که از روزنه یا شکافی بیرون می‌آيد، تحت تاثیر ارتعاشات آکوستیک گازی قرار می‌گیرد که این ارتعاشات بوسيلة منبع مولد موج توليد میشود.
حال به بررسی زمینه‌های مختلف کاربرد این دستگاهها می‌پردازیم. از انژكتورهای روزنه‌ای یا شکافی در موتورهای پیستونی درون‌سوز استفاده میشود. در نتیجه فشار زیاد سوخت مایع به منگام ورود و زاویه کم مخروط پاشش، استفاده از این نوح انژکتورها در توربین گازی و موتورهای جت بامشکل همراه است. اين نوع انژكتورها را همچنین در وسايل آتش‌نشانی تعبیه می‌نمایند. انژكتورهای نوع ضربه‌ای رادرمحغظه موتورهای توربین گازی به کار می‌برند. از انژكتورهای گريز ازمرکز در محدوده وسیعی در دستگاههای جدیدي که با توربین گازی کار میکنند، موتورهای جت محفظه احتراق ابزارآلات صنایع شیمیائی بسیاری از وسائل ديگر استفاده شود. گسترش وسيع کاربرد انژكتورهاي گريز از مرکز،
به خاطر سادگی ساختمان قابل اطمینان بودن و مؤثر بودنشان دو پودر کردن مایعات و قابل حصول بودن چتر پاششی دلخواه در آنهاست. از انژكتورهاي چرخشي به طور اعم در صنايع شیمیائی جهت پودر نمودن مایعات مختلف و سوسپانسیونها استفاده میشود. انژكتورهاي گازی یا پنیوماتیک درموتورهای دروسنوز همچون کاربراتورها و موتورهای جت و نیز در دستگاههای مختلف صنعتی به کار گرفته می‌شوند. اما برای بدست آوردن کیفیت مطلومب پودر شدن در موتورها ناگزیر از حجم هوای بسیاری هستیم که در این صورت باید کمپرسور مکمل تعبیه شود و سيستم پيچيده‌تر گردد. انژگتورهاي آلتراسونيك در دستگاههاي مختلفي نظير راكتورها و خشك‌كن‌ها به كار برده مي‌شوند.
سیتمهای پودر کردن ااكتريكي مايعات نیز جاي خود را را در بخشهای مختلف صنعت از جممله رنگرزي به روش پودر کردن و خشک کردن مواد باز نموده‌اند. که در این حالت حجم تجهیزات الکتريكي زیاد میشود. بر اساس طبقه‌بندي روشهاي تبديل مايعات به پودر می توان به نتیجه گیریهاي زیر دست یافت.
1-مايع درست قبل از پودر شدن بايد دارای چنان شکلی از جریان باشد که در آن حالت انرژی سطحي به بیشترین میزان خود برسد. به عبارت ديگر باید دارای چنان شکل ناپایداری باشد که به سرعت متلاشی گردد.
2-در تمامی روشهای بررسی شده، جهت پودر کردن مایع، عمل اتمیزاسیون مایع، مربوط به از بین رفتن پایداری سطحي جریان چه در شکل استوانه‌ای و چه نواری آن است. همچنین پيدایش امواج ناپایداری در بالادست جریان در این کار تأثیر بسزائی دارد.
فصل 2
انژكتور در موتور راكت
در موتور یک راکت سوخت و اكسيدكننهه بومیلة یک مکانیزم مشخص با یکدیگر تماس پيدا کرده و در محفظه احتراق با یکدیگر مخلوط می‌شوند و ایجاد احتراق‌می‌کنند. در یک راکت با سوخت و اکسیدکننده مایع (Liquid Propellant Rocket) سوخت و اکسید کننده در مخازنی ذخیره می‌شوند (شکل 2-1) این مخازن به موتور متصل بوده و سوخت و اکسید از آنها به موتور متنقل میشود. سیستمهای گوناگوی برای انققال مواد سوختي به موتور و محفظه احتراق وجود دارد که نمونه‌ای از آن در شکل 2-2 نشان داده شده است. طبق شکل گاز حاصل از احتراق در مولد گاز توربین را به حرکت درمی‌آورد و توربین نیز پمپهای سوخت و اکسیدکننده را فعال میکند. این پمپها سوخت و اکسيدكننده را به پشت محفظه احتراق هدايت مي‌كند و از آنجا، مواد سوختی بوسیله انژكتورها به داخل محفظه احتراق هدایت میشود تا در آنجا ایجاد احتراق کنند. در حقيقت انژكتورها مواد سوختی را به داخل محفظه احتراق می‌یاشنه و این پاشش باید به گونه‌ای باشد که اختلاط خوبی صورت گیرد و پارامترهای یک احتراق خوب، به طور مطلوب ایجاد شود.
بنابراین انژكتورها اهمیت فوق‌العاده‌ای در چگونگی احتراق و پایداری آن و در نهایت عملکرد موتور دارد یک انژكتور معمولاً در ابتدای محفظه احتراق قرار می‌گيرد و عملی شبیه به صل کاربراتورهاي موتورهای احتراق داخلی انجام می‌دهد. انژكتور، جریان مواد سوختی (Propellants) را به داخل محفظه احتراق برقرار میکند و مواد سوختی را برای احتراق اتمیزه و مخلوط می‌نماید.
انژكتورها روی صفحه انژكتور قرار می‌کیرند و با آرایش‌های مختلفی که وجود دارد (مثل آرایشی مثلثی یا شش ضلعی و ...) روی آن چيده می‌شوند. در شکل 2-3 و 2-4 طرح شماتیک صفعه انژکتور کشیده شده است. در شکل 2-5 نمای کلی یک محفظة احتراق در موتور راکت سوخت مایه آورده شده است.
انژگتورهائی که در راكت استفاده مي‌شوند اغلب از نوع مکانیکی هستند (شكل 1-1) از انواع انژكتورهاي مکانیکی بیشتر، از انژگووهای گریز از مرکز و انژكتورهای جریانی با جریانهای برخوردای استفاده مي‌شود.
در انژکتورهاي از نوع گریز از مرکز برای ایجاد چتر پاششی و اتمیزاسیون از نيروي گریز از مرکز که در اثر چرخش مایع در انژكتور بوجود می‌آید استفاده میشود. چرخش مايع ممكن است بویسيلة یک مارپیچ ایجاد شود و یا اینکه سیال از یک روزنه مماسي به استوانه انژکتور وارد شود و درنتیجه در داخل انژکتوژ شروع به چرخش کند. ما در این رساله انژكتورهائی را که بوسیله مارپيچ سیال را به چرخش وامی‌دارند، انژکتورهای پیچشی می‌نامیم و آنهائی را که بوسیلة ورود مماس جریان، سیال را به چرخشی وامی‌دارند انژكتورهای گریز از مرکز می‌نامیم.
انژكتورهاي گریز از مرکز به علت محاسنی که دارند امروزه به طور وسيعي در صنايع موشكي مورد استفاده قرار مي‌گريرند. گستر وسيع كاربرد انژكتورهاي گريز از مركز به خاطر سادگي ساختمان، قابل اطمیان بودن و مؤثر بودنشان در پودر کردن مایمات و قابل محصول بودن چتر پاشش دلخواه در آنهاست. زاویه مخروط پاششی در انژکتورهای گریز از مرکز بیشتر از انژكتورهای جریانی است. در واقع محل برخورد مخر وطهای پاششی در فاصله کمتری از صفحه انژكتور قرار مي‌گيرد و در نتیجه گازهياي داغ برگشتي امكان كمتري پيدا مي‌كنند كه به درون لاية مايع نفود كرده و براي صفحه انژكتور خطرآفرين باشند. در شرایط مساوی یعنی قطر یکسان و دبی یکسان، قطر قطره‌ها در انژكتوره
اي جرياني است. اين دليل عامل اصلي استفاده انژكتورهاي گريز از مركز در سالهاي اخير شده است.
2-1) انژكتورهاي دوپايه
انژكتور دوپايه انژكتوري است كه هم سوخت و هم اكسيدكننده از آن عبور مي‌كنند. در حقيقت سوخت و اكسيدكننده از يك انژكتور عبور مي‌كنند و دو سيال در داخل و يا خارج از انژكتور با هم مخلوط مي‌شوند. در حقيقت به جاي اينكه سوخت و اكسيدكننمده، هر يك به طور مجرا، از انژكتورهاي جداگانه‌اي عبور كنند، هر دو از يك انژكتور عبور مي‌كنند. انژكتورهاي دوپايه از دو جهت قابل تقسيم‌بندي هستند. يكي از جهت نوع جريان در آنها كه مي‌تواند مستقيم و يا گريز از مركز باشد. ديگر تاز جهت اختلاط كه از اين جهت انژكتورهاي دوپايه شامل دو نوع زير مي‌شوند.
1-مخلوط در داخل: در اين انژكتورها سوخت و اكسيدكننمده در داخل انژكتورها با يكديگر مخلوط مي‌شوند و چتر پاشش شامل مخلوط و اكسيد است. اين نوع انژكتورها براي مواد سوختي غيرمشتعل مي‌توانند بكار روند. از اين انژكتورها نمي‌توان براي مواد سوختي خودمشتعل استفاده كرد. زيرا مواد سوختي در داخل انژتور، محترق شده و باعث انفجار مي‌گردد (شكل 2-6).
2-مخلوط در خارج: در اين نوع انژكتاور مواد سوختي در خارج از انژكتور با هم مخلوط مي‌شوند. اين اختلاط توسط برخورد چترهاي پاشش سوخت و اكسيد با يكديگر صورت مي‌گيرد. اين نوع انژكتور را مي‌توان هم براي مواد سوختي خود مشتعل و هم غير خودمشعل استفاده كرد. (شكل 2-7)
انژكتورهاي دوپايه را بيشتر از نوع گريز از مركز مي‌سازند. زيرا در اين صورت مي‌توان از محاسن انژكتور گريز از مركز استفاده كرد. در بعضي موتورها مثل موتور موشك Ariane كه سوخت، گازي (هیدروژن گازي) سيال مايع بصورت گريز از مركز و يا جرياني، و سيال گازي شكل به صورت جريان مستقيم از انژكتور عبور مي‌كند (شكل 2-8)
از محاسن انژكتورهاي دوپايه مي‌توان به اين نكته اشاره كرد كه مجموع دبي از يك انژكتور دوپايه مي‌گذرد.
