مطالعه عددی و تجربی جریان دوفازی بخار مافوق صوت در نازل یک ترموکمپرسور

ترموکمپرسور یکی از ابزارهای مهم تراکم سازی گازها است. به دلیل اینکه در ترموکمپرسورها هیچ گونه قطعه متحرکی وجود ندارد، تا حدودی دارای هزینه تعمیر و نگهداری کمتری نسبت به بقیه انواع کمپرسورهای مکانیکی هستند. از دیگر مزایای ترموکمپرسورها می توان به ایجاد تراکم بیشتر و راندمان بالاتر آنها نسبت به بقیه انواع کمپرسورهای دوار اشاره کرد. در رساله ی حاضر، ضمن بررسی آخرین تحقیقات انجام شده، به شبیه سازی عددی و تجربی جریان دوفازی بخار در ترموکمپرسور پرداخته شده است. هدف اصلی این تحقیق شبیه سازی عددی جریان دوفازی بخار مافوق صوت در ترموکمپرسور است. بدین منظور معادلات حاکم بر مسئله برای هر دو فاز مایع و بخار بصورت جداگانه استخراج شده است. تمامی برهمکنش های بین فازی که شامل انتقال جرم، مومنتوم و انرژی و نیروهای موجود در سطح مشترک دو فاز می باشد از طریق جمله های چشمه به معادلات حاکم افزوده شده است. معادلات حاکم بر مسئله به روش اویلری- اویلری و با استفاده از روش حجم محدود توسط نرم افزار فلوئنت حل شده اند. همچنین از معادله ی حالت گاز حقیقی پنگ-رابینسون که به عنوان مناسب ترین معادله ی حالت در نازل ها و ترموکمپرسورها انتخاب گردیده برای محاسبه خواص بخار استفاده شده است. علاوه بر شبیه سازی عددی جریان دوفازی در ترموکمپرسور و نازل، یک الگوریتم ریاضی برای طراحی ترموهیدرولیکی ترموکمپرسور نیز ارائه شده و تاثیر پارامترهای کلیدی ترموکمپرسور بر عملکرد و بازدهی آن مورد مطالعه قرار گرفته است. رابطه ای نیز برای محاسبه ی پارامتر کلیدی بازدهی اختلاط بر حسب مشخصات عملکردی ترموکمپرسور پیشنهاد شده است. همچنین عملکرد یک ترموکمپرسور در یک واحد آب شیرین کن سازی آزمایشگاهی نیز مورد بررسی قرار گرفته و نتایج شبیه سازی های عددی انجام شده با نتایج آزمایشگاهی مقایسه شده است. نتایج شبیه سازی های عددی نشان می دهد که روش عددی اویلری- اویلری قادر است با دقت بسیار بیشتری نسبت به تئوری بخار مرطوب رفتار جریان دوفازی مافوق صوت را در نازل و ترموکمپرسور پیش بینی کند. همچنین در این رساله نشان داده شد که روش آشفتگی ریالایزبل کی اپسیلون بهترین نتایج را برای شبیه سازی ترموکمپرسورها بدست می دهد. علاوه بر این، نتایج شبیه سازی-های عددی برای نازل های فشار بالا نشان داد که نمی توان یک روش مشخص آشفتگی برای مدل سازی جریان دوفازی در این نازل ها پیشنهاد داد.