8820

8820

تحليل عددي هيدروديناميك جريان دوفاز مايع - گاز توربولنس در كويل مارپيچ

كارشناسي ارشد

مكانيك گرايش تبديل انرژي

دي ماه 1390

دي ماه 1390

دكتر حميد صفاري

چكيده مبدلهاي حرارتي مارپيچ به دليل ساختار فشرده و متراكم، در بسياري از صنايع از قبيل صنايع هستهاي، نيروگاهي، تبريد، صنايع غذايي و نفت و گاز استفاده ميشوند. با توجه به اينكه برخي فرآيندهاي صنعتي ايجاب ميكند كه اين مبدل ها در ناحيه دوفازي عمل نماين د و به لحاظ پيچيدگيهاي خاص جريان دوفاز، در اين پاياننامه سعي شده است كه به كمك حل عددي برخي از مشخصههاي هيدروديناميكي جريان توربولنس و دوفاز آب – هوا جاري درون كويل اين مبدلها ANSYS CFX موجود در كد تجاري Particle مطالعه شود. به منظور تحليل جريان از مدل استفاده شده كه نحوه گسستهسازي آن براساس روش حجم محدود است . معادلات حاكم شامل معادلات كسرحجمي، پيوستگي، ممنتوم و توربولنس است. به منظور مدل نمودن توربولنس جريان استفاده شده اس ت. به منظور گسسته سازي معادلات پيوستگي و K �� از مدل توربولنسي و نيز براي گسسته سازي معادلات انرژي سينيتيك توربولاني، High Resolution ممنتوم از طرح بهره گرفته شده است . همچنين برا ي حل Upwind نرخ اتلاف توربولاني و كسرحجمي از طرح استفاده شده است. ابتدا با بررسي شبكههاي گوناگون، SIMPLE ميدان سرعت و فشار از الگوريتم بهترين شبكه براي تحليل عددي فوق انتخاب و استقلال شبكه به سايز مش تحليل گرديد. سپس نتايج اوليه براي هفت هندسه مختلف و تحت شرايط مرزي مشابه اعتبارسنجي شد . با توجه به برخي نتايج تجربي موجود مدل مناسب انتخاب گرديد. در ادامه تحليل عددي براي هشت هندسه جديد، ارائه گرديد. با تحليل عددي معادلات حاكم، مقادير افت فشار در واحد طول لوله مارپيچ براي هر كويل در حالات قطر لوله ثابت و قطر كويل ثابت در كسرحجميهاي مختلف محاسبه شد. همچنين تاثير افزايش قطر كويل، قطر لوله مارپيچ و تغيير ميدان سرعت بر ميزان افت فشار واحد براي چند كويل مقايسه گردي د. FLUENT طول لوله بررسي شد. نتايج تحليل با تحليل عددي پروفيلهاي سرعت و كسرحجمي در مقاطع مختلف كويل ترسيم شده و با پروفيل سرعت لول ه مستقيم مقايسه گرديد. توسعهيافتگي جريان درون لوله و رژيم جريا ن بررسي گرديد . همچنين پديده تشكيل گردابههاي دين بخوبي توسط حل عددي مدل شده و محل تشكيل اين گردابهها نيز مشخص گرديد. كانتورهاي سرعت و كسرحجمي هوا نيز رسم شده و محل تشكيل سرعت ماكزيمم و محل تمركز كسرحجمي هوا بخوبي مدل شد. مقادير ضرايب افت فشار فازهاي گاز و مايع براي يك كويل با استفاده از حل عددي بدست آمده و با نتايج حاصل از رابطه تجربي لوكارت – مارتينلي مقايسه گرديد. در ادامه رابطهاي براي تخمين ضرايب اصطكاك جريان دوفاز با درصد خطاي پايين پيشنهاد شد. همچنين در مورد رفتار جريان در كسرحجميهاي بالا بحث گردي د. نتايج نشان ميدهد كه نيروي گريز از مركز نقش عمده اي را در عدم توازن جريان در مقاطع مختلف كويل ايفا مينمايد. انحناي كويل، نيروي گريز از مركز را بوجود آورد ه و گام (يا زاويه مارپيچ) نيروي پيچشي توليد مي كند. نيروي گريز از مركز سبب توسعه جريانهاي ثانويه شده و به علت اثر انحنا، جريان سيال در قسمت بيروني لوله داراي سرعت و تنش برشي بيشتري نسبت به قسمت داخلي آن خواهد بود كه اين به نوبه خود منجر به افزايش افت اصطكاكي ميگردد. واژه هاي كليدي: تحليل عددي، جريان دوفاز، كويل مارپيچ، نيروي گريز از مركز، جريان هاي .ANSYS CFX ثانويه، كد تجاري