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.

در این پایان نامه اثرات لغزش در جریان چگالشی در یک نازل همگرا- واگرا با مدل سازی عددی، بررسی شده است. به این منظور معادلات دینامیک گاز برای فاز بخار و معادلات جوانه زایی، رشد قطره و تبادل انرژی بین مایع و بخار مناسب با رژیم جریان با فرض جریان یک بعدی و پایا ارائه شده اند. همچنین جهت در نظر گرفتن لغزش بین دو فاز مایع و بخار و محاسبه سرعت فاز مایع، معادله اندازه حرکت برای فاز مایع با در نظر گرفتن عبارتی مناسب برای نیروی پسا حل شده است. معادلات ارائه شده به شیوه ای خاص برای اعمال روش عددی مرتب شده و با روش انتگرال گیری عددی رانگ – کوتا حل شده اند. به منظور اعتبار سنجی حل عددی، نتایج لغزشی و بدون لغزش با نتایج تجربی موجود برای شرایط ورودی و هندسه یکسان مقایسه شده اند، که مقادیر لغزشی توافق بهتری با نتایج تجربی را نشان می دهند. سپس اثرات لغزش بر روی متغیرهای مهم جریان چگالشی مانند فشار، عدد ماخ و اندازه قطرات و همچنین اثر آن بر تولید انتروپی و قابلیت کاردهی با مقایسه نتایج لغزشی و بدون لغزش مورد تحلیل قرار گرفته است. همچنین با استفاده از نتایج مطالعات پیشین قطرات مایع با اندازه شعاع بزرگتر با استفاده از پاشش قطرات در گلوگاه ایجاد شده اند و تاثیرات لغزش برای دو اندازه قطره متفاوت مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است.

جریانهای چگالشی درون نازلها و پره های ثابت توربین بخار همواره موضوع بسیاری از پژوهشها بوده است. در این قبیل جریانها وجود فاز مایع در جریان بخار، ماهیت جریان را تغییر می دهد. عمده این تغییرات در اثر وقوع چهار پدیده اصلی جوانه زایی، رشد قطرات، انعقاد قطرات و شکست قطرات می باشد. تاکنون در مطالعات جریان چگالشی فقط پدیده های جوانه زایی و رشد قطرات مورد بررسی قرار گرفته اند که در این مطالعات تفاوتهای قابل ملاحظه ای بین مقادیر محاسباتی شعاع قطرات با داده های تجربی گزارش شده است. در این پژوهش اثرات پدیده انعقاد بین قطرات در جریان چگالشی در نازلهای همگرا-واگرا بصورت یک بعدی مورد بررسی قرار گرفته است. با در نظر گرفتن انعقاد، شعاع قطرات به مقادیر تجربی نزدیکتر شده و نسبت به حالت بدون انعقاد افزایش یافته است و کسر تری نسبت به حالت بدون انعقاد کاهش یافته است. همچنین تولید آنتروپی (تلفات قابلیت کاردهی) با در نظر گرفتن انعقاد نسبت به حالت بدون انعقاد افزایش می یابد. داشتن نتایج دقیق تر از شعاع قطره و میزان رطوبت و همچنین میزان تلفات می تواند باعث بهبود طراحی پره های توربین و پیش بینی رفتار جریان در این پره ها و اتخاذ روشهایی برای کاهش اتلاف گردد.

برای بهبود آیرودینامیک خودرو ها تا کنون ابزارهای بسیاری به کار گرفته شده اند. عوامل زیادی نیز بر پسا و اغتشاشات خودرو موثر می باشد که از جمله ی آن ها زبری می باشد، زبری با به تاخیر انداختن جدایش سهم بسزایی در کاهش درگ خودرو به دنبال خواهد داشت. در این پژوهش جریان در پشت یک مدل خودرو سمندو 405 با سطح صاف وزبر مورد بررسی قرار گرفته است. برای سطح صاف، آن را رنگ زده و جلا داده ایم و برای سطح زبر از فرورفتگی هایی با سطح مقطع دایره ای شکل استفاده کردیم که توسط نوک مته ایجاد شده است. داده برداری در سه سرعت 10، 15 و 20 متر بر ثانیه که به ترتیب مربوط به رینولدز های 28000 و 42000 و 56000 می باشد، نتایج در این تحقیق نشان می دهد که میزان اغتشاشات سرعت پشت مدل زبر افزایش می یابد، همچنین پروفیل اغتشاشات در سرعت های مختلف نیز بررسی شده و دیده شده که با افزایش سرعت، اغتشاشات بیشتر می شود، همچنین هرچه به مدل نزدیک تر شویم نیز اغتشاشات بیشتر می شوند. این داده برداری در تونل باد انجام شده و ملاحظه شده که در سطح زبر خودرو به خاطر کاهش گرادیان فشار، نیروی پسا بسیار کمتر از سطح صاف است. همچنین ملاحظه شده پسای فشاری بیشترین سهم در پسای خودرو را داشته است.

دراین تحقیق به مطالعه اثر تحریک لایه مرزی آشفته توسط ایجاد ناهمواری های مصنوعی بااستفاده از تک مانع ودومانع پشت سرهم(مستطیلی ونیم دایره ای و مربعی) برروی سطح صاف با ارتفاع های یکسان توجه شده است. پارامترهای بررسی شده عبارتند از:پروفیل سرعت و شدت اغتشاشات در پشت تک مانع ودو مانع.درجریان بررسی ، بعضی دیگر از پارامترهای لایه مرزی مثل ضخامت لایه مرزی، ضخامت جابجایی ،، مومنتوم وضریب شکل وهمچنین ضرایب درگ وصافی وچولگی نیز ارزیابی گردیده است.

بررسی تاثیر اغتشاشات جریان ورودی بر عملکرد کمپرسور ها

عامل اصلی انتقال سیال در چاهها اختلاف فشار یا اختلاف پتانسیل می باشد. بررسی روند تغییرات فشار در طول مسیر حرکت سیال به صورت تک فاز یا چند فاز از دید طراحان بسیار مهم می باشد. چاهها معمولا مخلوطی از گازها و مایعات تولید می کنند که جریان چند فازی از جریان تک فازی بسیار پیچیده تر می باشد. در این تحقیق، معادلات پیوستگی، مومنتم و انرژی برای جریان دو فازی بصورت عددی شبیه سازی و خواص سیالات با روابط pvt حاصل می شوند.

انرژی امواج اقیانوس یکی از انواع انرژی های تجدیدپذیر، با پتانسیل بالا می باشد. توربین ولز یک نوع توربین جریان محوری خود تصحیح کننده می باشد که انرژی نیوماتیک جریان رفت و برگشتی هوای خروجی از مبدل انرژی امواج ستون آب نوسانگر را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند. در این تحقیق برای رسیدن به یک پروفیل یکنواخت تر برای سرعت محوری در لبه حمله پره ها نسبت به طرح اصلی توربین ولز، در جهت افزایش راندمان توربین ولز، یک طرح جدید با وترو پروفیل متغیر پره پیشنهاد شده است. شبیه سازی از طریق حل عددی سه بعدی، پایا، غیرقابل تراکم معادلات ناویراستوکس رینولدز متوسط همراه با مدل توربولانسی rng در یک قاب مرجع غیر اینرس دوران کننده با سرعت روتور توربین با استفاده از نرم افزار fluent انجام شده است. سازگاری خوبی بین نتایج حاصل از شبیه سازی عددی و داده های تجربی موجود برای کارایی توربین در ضریب جریان های مختلف بدست آمد. طرح اصلی و طرح پیشنهادی بصورت عددی با توجه به قوانین اول و دوم ترمودینامیک مورد بررسی قرار گرفتند. در نهایت مقایسه نتایج حاصل از حل عددی دو مدل نشان دهنده %3/51 متوسط افزایش بازده قانون اول و %26/02 متوسط کاهش تولید انتروپی برای طرح پیشنهادی می باشد.بنابراین برتری طرح پیشنهادی نسبت به طرح اصلی توربین ولز توسط قوانین اول و دوم ترمودینامیک ثابت گردید.

هدف این تحقیق شبیه سازی عددی و تحلیل قانون دوم ترمودینامیک، سیال غیرنیوتنی هرشل- بالکلی می باشد. بدین منظور ابتدا جریان غیردائمی با سطح آزاد شکست سد توسط نرم افزار اپن فوم به کمک روش اصلاح شده نسبت حجمی سیال شبیه سازی شد و نتایج عددی به دست آمده با نتایج آزمایشگاهی و عددی ارائه شده در مراجع مقایسه شده است، جهت توسعه مدل عددی شبیه سازی سه بعدی جریان مذکور نیز انجام شده است.در ادامه پدیده پرش هیدرولیکی دایروی شبیه سازی شده است و شبیه سازی پدیده مذکور برای اولین بار برای سیال غیر نیوتنی صورت گرفته است.

در سیستم هایی نظیر توربین ها و محفظه های احتراق، دمای سیال عامل بسیار بالا است و این دما می تواند به سیستم آسیب برساند. در یک توربین گاز برای نسبت فشار مشابه، هرچه دمای ورودی به توربین بالاتر رود، راندمان حرارتی بیش تر می شود. اما دمای بالا می تواند منجر به آسیب رسیدن به توربین شود. پره های توربین در معرض محیط بسیار داغ داخل توربین گاز قرار دارند. این دماهای بالا، پره را ضعیف و آن را بیش تر در معرض شکست قرار می دهد. بنابراین برای افزایش راندمان توربین که موجب افزایش دمای گاز میشود، نیاز به انجام فرایند خنک کاری پره است تا عمر پره ها و در نهایت عمر توربین افزایش یابد. یکی از مهمترین فرایندهای خنک کاری سیتم-هایی نظیر توربین ها، خنک کاری فیلمی(film cooling) است. خنک کاری فیلمی یک نوع مهم خنک کاری است که توسط تزریق هوای سرد بر روی پره از راه حفره های کوچک روی پره انجام می شود. این هوا بر روی سطح پره یک لایه ی نازک یا فیلم هوای سرد ایجاد می کند و از آن نسبت به هوای با دمای بالا محافظت می کند .خنک کاری فیلمی روی سه سطح تخت، محدب(مقعر) و سطوح پره ها مورد بررسی قرار می گیرد تا تاثیر پارامترهای موثر بر آن مورد مطالعه قرار گیرد. در این پژوهش، فرایند خنک کاری فیلمی با استفاده از نرم افزارهای شبیه سازی و به صورت عددی و در دو حالت 2 و 3 بعدی، برای سطح تخت و همچنین سطح پره مورد بررسی قرار گرفته است. داده های به دست آمده از شبیه سازی عددی سازگاری خوبی را با داده های تجربی نشان می دهند. در این تحلیل از روش حجم محدود استفاده شده و پارامترهایی نظیر: نرخ دمش و نرخ چگالی سیال اصلی و خنک کننده، اثر توربولانس، اثر تغییر زاویه و قطرحفره مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین نرخ دمش بهینه ای برای رسیدن به بالاترین راندمان خنک کاری به دست آمده است. قانون دوم ترمودینامیک، جهت مقایسه ی آنتروپی مدلهای بررسی شده، از جمله دو مدلی که دارای بالاترین راندمان خنک کاری بوده اند نیز، مورد بررسی قرار گرفته شده است.

چکیده:هدف از این مطالعه، گسترش اصلاحات و ارایه ی روابطی برای ضریب اصطکاک و آنتروپی تولیدی با کاهنده ی پسا در جریان دوفازی حلقوی می باشد. در اینجا روابطی برای ضریب اصطکاک و آنتروپی تولیدی با کاهنده ی پسا پیشنهاد می شود، رابطه ضریب اصطکاک پیشنهادی بر مبنای لگاریتمی پروفیل سرعت لایه مرزی می باشد. که رابطه ی پیشنهادی با مطالعات قبلی با استفاده از پراکندگی داده ها در محدوده ی20%+/- ، انحراف معیار و در صد خطای اندازه گیری شده مقایسه شده است. رابطه پیشنهادی برای آنتروپی تولیدی تابعی از قطر لوله و سرعت های ظاهری می باشد.نمودار تغییرات آنتروپی بر حسب میزان کاهش نیروی پسا در قطرهای0127/0،0254/0و0953/0متر،سرعت ظاهری گاز 20، 25و30متر بر ثانیه و سرعتهای ظاهری مایع1/0، 2/0 و3/0متر بر ثانیه و همچنین بر حسب پسماند مایع(بدون لغزش) در قطرهای0127/0،0253/0و0953/0مترو سرعتهای ظاهری مایع1/0، 2/0 و3/0متر بر ثانیه رسم شده است.نتایج نشان می دهد که در تمام نمودار های رسم شده تغییرات آنتروپی بر حسب میزان کاهش نیروی پساو پسماند مایع به صورت نزولی بوده و با افزایش سرعت ظاهری گاز و سرعت ظاهری مایع،میزان آنتروپی تولیدی افزایش می یابد ولی با افزایش قطر لوله میزان آنتروپی تولیدی کاهش می یابد. از رابطه ی بدست آمده می توان در صنعت نفت برای افزایش تولید نفت خام استفاده کرد. یعنی اینکه با اضافه کردن ماده ی کاهنده ی پسا و کنترل پارامتر هایی از قبیل قطر لوله و سرعت های ظاهری جریان، می توان میزان تلفات را کاهش و تولید نفت خام را افزایش داد.