شبیه سازی عددی پدیده اختلاط گرمایی دو جریان آب با دماهای متفاوت در اتصال tشکل واقع در پایین دست یک زانوئی 90 درجه

اختلاط آشفته دو یا چند سیال با دماهای متفاوت، موجب ایجاد نوسانات دمایی سیال در مجاورت دیواره سیستم لوله کشی می گردد. این نوسانات دمایی باعث بروز تنش های حرارتی متناوب در دیواره لوله می شود که پیامد نهایی آن ترک خوردگی در اثر خستگی حرارتی می باشد. بسیاری از نیروگاه های هسته ای از جمله راکتور فنیکس فرانسه از بروز خستگی حرارتی بدلیل اختلاط دو سیال با دماهای متفاوت در سیستم خنک کننده گزارش داده اند. یکی از قسمت های مهم در بروز چنین پدیده ای، اتصال tشکل است که از متداول ترین روش انشعاب گیری می باشد و بعضا در پایین دست زانویی قرار دارد. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی پدیده اختلاط گرمایی دو جریان آب با دماهای متفاوت با اتصال tشکل واقع در پایین دست یک زانوئی 90 درجه (بر اساس هندسه راکتور فنیکس) به روش دینامیک سیالات محاسباتی می باشد که به کمک آن بتوان شرایط کاری مناسب جهت تامین نیاز طراحان و افزایش عمر سیستم های لوله کشی را تعیین نمود. هندسه مدلسازی شده در این تحقیق یک اتصال tشکل واقع در پایین دست یک زانویی 90 درجه که دو جریان (آشفته) آب با دماهای متفاوت در آن مخلوط می شوند، می باشد. هندسه(های) ایجاد شده بوسیله نرم افزار پیش پردازنده gambit، توسط نرم افزار fluent تحلیل گردیده است. مدل استاندارد برای مدلسازی آشفتگی انتخاب شده و جهت حصول نتایج دقیق تر، تابع دیواره از نوع تابع دیواره اصلاح شده در نظر گرفته شده است. شرایط اولیه عدم لغزش و آدیاباتیک برای دیواره اعمال شده است. با تغییر پارامترهای ترموهیدرولیکی موردنظر و تحلیل آن، انواع جریان ها دسته بندی و ساختار سه بعدی هر کدام بررسی گردیده اند. نوسانات سرعت با کمیت شدت آشفتگی و نوسانات دمائی بوسیله یک روش ساده مورد تحلیل قرار گرفته اند. نتایج نشان می دهد که با اتصال نزدیکتر tشکل به زانوئی، محدوده بهینه کاری گسترده تر می گردد. این بدین معناست که زانوئی اثر مثبتی در اختلاط دو سیال دارد. استفاده از نسبت انحنای پایین در زانوئی ها، نوسانات سرعت بالایی در سیستم بوجود خواهد آورد. رفتار جریان انشعاب و برخورد آن با جریان اصلی مشابه برخورد فواره ها می باشد. بر اساس نسبت ممنتوم و یا نسبت سرعت جریان های برخوردی در ناحیه اختلاط، فواره های آشفته را می توان به چهار نوع دسته بندی نمود: فواره دیواره، فواره بازپیوستی، فواره گردشی و فواره تماسی. فواره گردشی نسبت به سه نوع فواره دیگر از نوسانات دمائی و سرعتی کمتری برخوردار بوده و با توجه به پارامترهای طراحی سیستم های لوله کشی و فرایندی، مناسب است که نسبت ممنتوم دو جریان در محدوده فواره گردشی انتخاب گردد. این نتایج سازگاری قابل قبولی با نتایج آزمایشگاهی دارد که موید صحت مدلسازی انجام شده می باشد.