مدل سازی جریان چگالشی لزج با حضور قطرات مایع در ورودی پره های دوبعدی توربین بخار

بررسی جریان بخار همراه با قطرات آب در بسیاری از جنبه های مهندسی از جمله در گذرگاه پره های طبقات کم فشار توربین های بخار حائز اهمیت می باشد. جریان بخار به واسطه انبساط سریع خط اشباع را قطع و شرایط فوق سرد را احراز می-کند و در نهایت با ایجاد چگالش خودبخودی موجب افزایش فشار می شود. این افزایش فشار می تواند شدید باشد که شوک چگالشی نامیده می شود. در این تحقیق جریان چگالشی بخار دوبعدی با احتساب لزجت به صورت آرام و مدل مغشوش بالدوین-لوماکس در بین پره های توربین شبیه سازی شده است. معادلات حاکم بر تشکیل فاز مایع با معادلات بقاء ترکیب و با روش تایم مارچینگ جیمسون مبتنی بر حجم کنترل حل شده است. در مدلسازی جوانه زایی از معادله کلاسیک جوانه زایی همراه با تصحیح مناسب استفاده شده است. جهت بررسی اعتبار روش تدوین شده توزیع فشار در امتداد مسیر نازل و نیز گذرگاه پره های یک توربین و همچنین اندازه قطرات، با مقادیر تجربی موجود مقایسه شده اند که انطباق مطلوبی بین نتایج مدل عددی و داده های تجربی می باشد. با احتساب لزجت و لحاظ نمودن جریان مغشوش، اندازه قطرات به میزان پنجاه درصد بهبود یافته است و همچنین امکان محاسبه ضریب اصطکاک، ضخامت لایه مرزی و پروفیل های دوبعدی سرعت مقدور شده، که این مقادیر در مطالعات غیر لزج قابل بررسی و گزارش نبوده اند. با استفاده از روش توسعه داده شده، پاشش قطرات آب در ابتدای جریان بخار در نازل به منظور کنترل شدت شوک-چگالش و موقعیت آن، به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن می باشند که تزریق قطرات موجب تضعیف و به تعویق افتادن شوک چگالش در نازلها می شود. از آنجایی که شوک مذکور عامل تلفات آئرودینامیکی و ترمودینامیکی می باشد. این ایده می تواند در بهبود عملکرد نازلهای بخار موثر واقع شود. همچنین برای شبیه سازی حضور قطرات در ابتدای پره توربین از یک شیپوره همگرا به جهت تولید آن قطرات کمک گرفته شده است، نتایج نشان می دهد که حضور قطرات ورودی مناسب به کسکید موجب حذف شوک چگالش در گذرگاه پره ها می شود.