27854

مطالعه كاويتاسيون آكوستيك در فرآيند تغيير فاز آب

كارشناسي ارشد

مكانيك

1398

1401/6/30

دكتر نوروز محمد نوري

مكانيك

در يك دهه گذشته توجه خاصي به امواج فراصوت در صنايع مختلف شده است. يكي از كاربرد هاي اين امواج كه اخيرا توسط محققان مورد توجه قرار گرفته، رفتار اين امواج در محيط سيال است. از طرفي آب يكي از پركاربرد ترين سيالات در صنعت ميباشد. تمامي اين عوامل دست به دست هم داده تا شناخت رفتار امواج فراصوت در محيط آبي به يكي از مسائل مهم روز تبديل شود. از اين رو در پروژه حاضر به بررسي رفتار امواج اولتراسونيك در فرآيند تغيير فاز آب پرداخته شده است. در ابتدا كلياتي از رفتار امواج فراصوت در سيال و سپس مفاهيمي مانند كاويتاسيون آ كوسيتك بيان شده است. همچنين كاربرد هاي امواج اوالتراسونيك در مايعات و مطالعات گذشتهاي كه در اين زمينه صورت گرفته مورد بررسي قرار ميگيرد. هدف اصلي انجام اين پروژه بررسي اثرات امواج فراصوت در فرآيند تغيير فاز آب از حالت مايع به بخار ميباشد. در گام نخست يك سيستم جهت تعيين پارامتر هاي موثر آزمايش يعني دما، فشارمحيط سيال، ارتفاع آب بالاي ماژول توليد كنندهي امواج و دبي بخار خروجي طراحي ميشود. سيستم مذكور داراي دو بخش اصلي اواپراتور و كندانسور است و مبدل پيزوالكتريك كه وظيفه توليد امواج را برعهده دارد در كف مخزن اواپراتور قرار ميگيرد. كل مجموعه به يك پمپ خلاء متصل بوده تا بتوان فشار درون سيستم را در مقادير مختلف تنظيم نمود. فرآيند آزمايش داراي دو بخش ميباشد، ابتدا آب درون مخزن اواپراتور در دما هاي مختلف قرار گرفته و بخار توليدي حاصل از شار گرمايي اعمال شده به مخزن اواپراتور به بخش كندانسور رفته و حجم آن از طريق يك استوانه مدرج كه در بخش انتهايي كندانسور قرار دارد اندازه گيري ميشود. مشاهدات نشان ميدهد با كاهش شار ميزان دبي بخار توليدي نيز كم ميشود. در بخش دوم آزمايش همين روند با حضور امواج فراصوت صورت ميگيريد. البته در اين بخش علاوه بر دما، ارتفاع آب اطراف مبدل پيزو نيز تغيير ميكند تا اثرات ارتفاع نيز مورد بررسي قرار گيرد. دما و ارتفاع آب بالاي ماژول پيزوالكتريك دو پارامتر تعيين كننده در ميزان تاثير ماژول در روند توليد بخار ميباشند. اگر دماي آب درون اواپراتور كه تحت تاثير امواج فراصوت است افزايش پيدا كند ،دبي بخار توليدي نيز افزايش مييابد. در مورد ارتفاع نيز مشاهده شد كه در ارتفاعات 3تا 7سانتيمتر بهترين عملكرد را در سيستم مشاهده ميشود و در ارتفاعات بيش از 7سانتيمتر عملا رويكرد جديدي از تاثير امواج بر فرآيند مشاهده ميشود. همچنين در ارتفاع 4سانتيمتر امواج بيشترين تاثير را در روند توليد بخار ميگذارند.

1401/10/22

Acoustic cavitation study in water phase change process

9/21/2023 12:00:00 AM

In the past decade, special attention has been paid to ultrasound waves in various industries. One of the applications of these waves, which has recently been noticed by researchers, is the behavior of these waves in the fluid environment. On the other hand, it is one of the most widely used fluids in the water industry. All these factors work hand in hand to make understanding the behavior of ultrasound waves in the water environment one of the most important issues of the day. Therefore, in the present project, the behavior of ultrasonic waves in the phase change process of water has been investigated. First, the general behavior of ultrasound waves in fluid and then concepts such as acoustic cavitation are explained. Also, the applications of ultrasonic waves in liquids and past studies in this field are examined. The main goal of this project is to investigate the effects of ultrasound waves in the phase change process of water from liquid to vapor. In the first step, a system is designed to determine the effective parameters of the test, i.e. temperature, fluid pressure, water height above the wave generator module, and output steam flow rate. The mentioned system has two main parts, evaporator and condenser, and the piezoelectric transducer, which is responsible for generating waves, is placed at the bottom of the evaporator tank. The whole set is connected to a vacuum pump so that the pressure inside the system can be adjusted in different values. The testing process has two parts. First, the water in the evaporator tank is placed at different temperatures, and the steam produced from the heat flux applied to the evaporator tank goes to the condenser section, and its volume is measured through a graduated cylinder located in the end section of the condenser. As a result, the amount of steam produced in the evaporator section is obtained at different temperatures and pressures. In the second part of the test, the same process is carried out with the presence of ultrasound waves. Of course, in this section, in addition to the temperature, the height of the water around the piezo transducer is also changed so that the effects of the height are also investigated. As mentioned, the temperature and water height above the piezoelectric module are two parameters that determine the effect of the module on the steam production process. If the temperature of the water inside the evaporator, which is affected by the ultrasonic waves, increases, the produced steam flow will also increase. Regarding the height, it was also observed that with the increase in height, the effect of ultrasonic waves decreases and at a height of 4 centimeters, the waves have the greatest impact on the process of steam production.

اولتراسونيك , كاويتاسيون آ كوستيك , ماژول پيزوالكتريك , بخار , حباب

ultrasonic , acoustic cavitation , piezoelectric module , steam , bubble

Mehdi Sohrabi Maskupa

Dr. Norouz Mohammad Nouri