سروش نجارمنصور

Numerical Modeling of Cryogenic Fluid dro‎plet Evaporation

شناسايي رفتار سيالات زمستيك (كرايوژنيك) براي كاربردهاي پيشرانشي، ذخيره‌سازي و ايمني مرتبط با آنها حياتي است. از مهمترين سيالات زمستيك مي‌توان هيدروژن را نام برد كه با دارا بودن خواص منحصربه‌فرد، مورد توجه بسياري قرار دارد و انتظار مي‌رود كه استفاده از آن در كاربردهاي مختلف روزافزون باشد. لذا مطالعه و شناسايي اين سيال زمستيك داراي اهميت بسياري است. اين پايان‌نامه يك مدل عددي با دقت بالا را براي مدل‌سازي تبخير گذراي قطره منفرد سيالات زمستيك با تمركز بر هيدروژن كه در معرض يك محيط گرم‌تر قرار دارد، ارائه و پياده‌سازي مي‌كند. معادلات حاكم بر پايستگي جرم و انرژي با در نظر گرفتن خواص ترموفيزيكي متغير (تابع دما و فشار) كه از پايگاه داده REFPROP تأمين مي‌شوند حل مي‌گردند؛ و تبخير در مرز مايع–بخار با استفاده از مدل‌هاي كوپل‌شده انتقال حرارت و جرم مدلسازي مي‌شود. سه نوع مدل‌سازي براي تبخير قطره تدوين و مقايسه شده‌اند: (1) مدل فرض يكنواختي توزيع دما براي قطره، (2) مدل گرمايش اوليه بعلاوه تبخير در دماي ثابت و (3) مدل كامل. از روش انتگرال‌گيري زماني صريح آدامز–باشفورث مرتبه دوم براي حل مدل‌ها استفاده شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه براي قطرات، مدل توزيع يكنواخت توزيع دما روند تغييرات دماي سطح و كاهش جرم را محاسبه مي‌كند، اما گراديان‌هاي شعاعي مهم در زمان‌هاي اوليه را ناديده مي‌گيرد. در پايان مرحله گرمايش اوليه، عدد فوريه و عدد بيو نشان‌دهنده نامناسب بودن فرض توزيع يكنواخت دما براي قطره هستند (مقادير نمونه: Fo ≈ 1e^(-6)، Bi ≈ 0.25)، اين اعداد نشان دهنده اختلاف دما از مركز تا سطح قطره است. مدل كامل پروفيل‌هاي دمايي داخل قطره را در هر لحظه به‌دقت محاسبه كرده و در نتيجه دقت بالاتري نسبت به مدل هاي ديگر ارائه مي‌دهد. تفاوت كلي بين سه رويكرد مدل‌سازي در كاهش جرم و قطر براي موارد مورد بررسي نسبتاً زياد نيست، لذا براي مواردي كه نياز به دقت بالا نيست يا در مواردي كه روند گذرا مسئله اهميت چنداني ندارد مي‌توان از مدل هاي ساده تر (1) و (2) استفاده كرد. اما هنگاميكه دقت بيشتر براي مسئله مورد نظر است و يا فرايند گذراي مسئله داراي اهميت مي‌باشد مدل هاي قبلي ناكارآمد هستند و بايد از مدل كامل استفاده كرد. اين مطالعه با در نظر گرفتن خواص متغير و كوپلينگ گذرا، يك مدل‌سازي با دقت و صحت بالا براي تبخير قطره منفرد سيالات زمستيك ارائه مي‌دهد.

هيدروژن، كرايوژنيك، قطره، ديناميك سيالات محاسباتي، تبخير