بررسی عددی تأثیر ابعاد هندسی نازلهای تزریق جهت افزایش عملکرد سرمایشی دستگاه ورتکس تیوب- قسمت ۱۳
blue stairs with a white arrow sign 3d render 3d illustration

بررسی عددی تأثیر ابعاد هندسی نازلهای تزریق جهت افزایش عملکرد سرمایشی دستگاه ورتکس تیوب- قسمت ۱۳

جدایش دمایی در خروجی سرد که ملاک اصلی برای تعیین عملکرد سرمایشی ورتکس تیوب می­باشد، به صورت اختلاف دمای مابین جریان گاز ورودی به ورتکس تیوب از طریق نازلها و جریان گاز خروجی از روزنه سرد تعریف می­گردد و به طریق زیر تعیین می­گردد:

 

برای دانلود متن کامل پایان نامه به سایت zusa.ir مراجعه نمایید.

 

 

 

 

 

 

 

 

(۴-۱۰)

 

جدایش دمایی در خروجی گرم نیز به صورت اختلاف دمای مابین جریان گاز ورودی به ورتکس تیوب از طریق نازلها و جریان گاز خروجی از شیر کنترل انتهای گرم تعریف می­گردد که به طریق زیر تعیین می­ شود :

 

 

 

 

 

 

 

(۴-۱۱)

 

۴-۵ بررسی استقلال نتایج عددی از مش بندی[۵۴]
برای زدودن و کاهش هرگونه خطا به علت درشتی یا ابعاد نامناسب مش بندی میدان سیال و استقلال نتایج تحلیل از تاثیرات مش بندی مدل عددی، مدل­سازی با تعداد مش بندی متفاوت برای بررسی تأثیر تعداد مش­ها انجام گرفت و برای بررسی، مدل ورتکس تیوب در نسبت جرمی گاز سرد برابر ۰/۳=α در نظر گرفته شد و پارامترهای کلیدی مانند جدایش دمایی در خرجی سرد و سرعت چرخشی[۵۵] در محفظه چرخش، معیار مقایسه قرار گرفت که با توجه به بررسی انجام شده برای حجم المان­های کمتر از ) ۰/۰۲۷۵ mm3تعداد المان بیش از۱۶۰۰۰۰) تغییر در نتایج بسیار اندک بوده و تاثیری نخواهد داشت. در نتیجه با توجه به پایداری و ثابت شدن تقریبی نتایج که استقلال نتایج تحلیل را از تاثیرات مش بندی نشان می­دهد، برای کاهش زمان محاسبات از همان تعداد المان استفاده شده است. همچنین برای بررسی مدلهای دیگر که با تغییر نازل مواجه هستند سعی بر استفاده از المانهایی با حجم متوسط المانهای مدل بررسی شده برای استقلال از مش شده است. نتایج در شکل ۴-۳ و ۴-۴ نشان داده شده است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۴-۳: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای حداکثر جدایش دمایی سرد شکل ۴-۴: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای حداکثر سرعت چرخشی در محفظه چرخش

 

۴-۶ بررسی مدل توربولانس

 

همانطور که ذکر شد مدل در نظر گرفته شده یک مدل سه بعدی چرخشی با تقارن محوری می­باشد که مدل­های توربولانس ε k-و k-ω و SST برای شبیه سازی اغتشاش جریان به کار گرفته شده است تا تأثیر انواع مدل­های توربولانس در مدل سازی پدیده جدایش انرژی در جریان چرخشی و تراکم پذیر در ورتکس تیوب قابل بررسی باشد. سعی بر مدل سازی مساله با مدل­های دیگر توربولانس نظیر ε RNG k-وRSM نیز شد که برای هندسه در نظر گرفته شده به­ کارگیری این مدل­های توربولانس با عدم همگرایی در میدان حل همراه بود.
مقایسه نتایج حاصل از مدل سازی عددی حاضر تطابق خوب مدل توربولانس ε k-را با نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد. در اشکال ۴-۵ و ۴-۶ جدایش دمایی به دست آمده در خروجی­های سرد و گرم با مدل های مختلف توربولانس با نتایج آزمایشگاهی اسکای وهمکاران [۶۶] مقایسه شده است.
همانطور که در شکلهای ۴-۵ و ۴-۶ نشان داده شده است، دمای محاسبه شده برای گاز خروجی گرم (  ) در اکثر مدل­های توربولانس تطابق خوبی با نتایج آزمایشگاهی دارد در حالیکه نتایج به دست آمده برای دمای گاز خروجی سرد (  ) با مدل εk- بهترین تطابق را با داده ­های تجربی نشان می­دهد. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که مدل توربولانس εk- از دقت و توانایی بیشتری نسبت به سایر مدل­ها در شبیه سازی جریان چرخشی در ورتکس تیوب برخوردار است و می­توان از این مدل برای طراحی و بهینه سازی عددی ورتکس تیوب با دقت بسیار خوب استفاده کرد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۴-۵: دمای گاز در خروجی سرد به ازای مدل های مختلف توربولانس شکل ۴-۶: دمای گاز در خروجی گرم به ازای مدل های مختلف توربولانس

 

۴-۷ مقایسه نتایج عددی با تجربی و اعتبار دهی به نتایج عددی
نتایج حاصل از مدل عددی با نتایج آزمایشگاهی [۶۶] مقایسه شده است و تمامی مقایسات بین مدل و داده های تجربی بر اساس مقدار نسبت جرمی در خروجی سرد گزارش شده است. شکل ۴-۷ مقایسه جدایش دمایی ایجاد شده را در خروجی سرد نشان می­دهد. همانطور که مشاهده می­ شود جدایش دمایی حاصل از مدل عددی در خروجی سرد در کمترین کسر جرمی سرد در حدود K37 می­باشد که با افزایش در میزان نسبت جرمی در خروجی سرد تا ۳/۰، جدایش دما در خروجی سرد تا ۴۴ K افزایش می­یابد. از این نقطه به بعد افزایش نسبت جرمی در خروجی سرد، با کاهش تفکیک دما در این ناحیه همراه است.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۴-۸: جدایش دمایی به دست آمده در خروجی گرم شکل ۴-۷: جدایش دمایی به دست آمده در خروجی سرد

 

در ناحیه خروجی گرم که در شکل ۴-۸ نمایش داده شده است، در نسبت جرمی .۳۰ در خروجی سرد، کمترین جدایش دمایی در خروجی گرم مشاهده می­ شود. با افزایش نسبت جرمی در خروجی سرد، جدایش دمایی در ناحیه خروجی گرم با یک سیر صعودی افزایش می­یابد به طوریکه در نسبت جرمی ۸۱٫۰ در خروجی سرد، جدایش دما در خروجی گرم تا ۷۰ درجه افزایش می­یابد. با توجه به نمودارهای ارائه شده تطابق قابل قبولی بین مدل سه بعدی و مدل تجربی موجود مشاهده می­ شود. همانطورکه پیداست مدل سه بعدی تحلیل حاضر بهتر از مدل دو بعدی اسکای [۶۶] جواب می­دهد و نتایج حاصل از آن خصوصاً در خروجی سرد به نتایج تجربی نزدیکتر است.
۴-۸ بررسی قانون دوم ترمودینامیک برای ورتکس تیوب
طبق بیان کلازیوس از قانون دوم ترمودینامیک، امکان انتقال حرارت از یک منبع سرد به یک منبع گرم بدون انجام کار وجود ندارد. از طرفی همانطورکه در فصل اول اشاره شد، ورتکس تیوب فاقد کار ورودی می­باشد و ممکن است این سؤال در ذهن نقش ببندد که آیا این وسیله قانون دوم ترمودینامیک را ارضا می­ کند یا ناقض آن است.
برای آنالیز این کار، دبی هوای ورودی را  ، خروجی سرد را  و خروجی گرم را  می­گیریم و طبق قانون بقای جرم داریم:

 

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

*