کنترل شدت و موقعیت چگالش ناگهانی با استفاده از پاشش قطرات در گلوگاه یک شیپوره همگرا-واگرای دوبعدی

Abstract

بخار ضمن انبساط سریع در شیپوره‌های گذر صوتی گاهی شرایط فوق سرد را احراز می‌نماید. در این حالت، تعادل ترمودینامیکی برقرار نبوده و دمای بخار از دمای اشباع در فشار حاکم کمتر می‌شود. بخار فوق سرد مستعد جوانه‌زایی و چگالش است که به صورت آنی و توسط چگالش ناگهانی صورت می‌گیرد. بدین ترتیب، با تشکیل قطرات و کاهش انرژی گیبز، شرایط تعادلی برقرار و جریان دوفازی حاصل می‌شود. در این تحقیق، برای حل دوبعدی جریان، معادلات حاکم بر تشکیل فاز مایع شامل معادله جوانه‌زایی کلاسیک با اصلاح غیرهمدما-کورتنی به همراه معادلات رشد قطره با معادلات ناویر- استوکس ترکیب شده و به روش تایم‌مارچینگ جیمسون مبتنی بر حجم کنترلی و با استفاده از مدل توربولانسی بالدوین-لوماکس شبیه‌سازی شده است. جهت بررسی اعتبار روش به کار رفته، توزیع فشار و شعاع قطرات در انتهای شیپوره با نتایج تجربی موجود مقایسه شده‌اند. با احراز اعتبار روش اتخاذ شده در این تحقیق، پاشش قطرات آب به داخل جریان بخار در گلوگاه شیپوره به منظور کنترل شدت و موقعیت چگالش ناگهانی به صورت تئوری مورد بررسی قرار گرفته که در نتیجه، کاهش شدت چگالش ناگهانی (شوک چگالش) را به بار آورده است. از آنجا که شوک مذکور عامل تلفات آیرودینامیکی و ترمودینامیکی می‌باشد، این ایده می‌تواند در بهبود عملکرد نازلهای بخار مؤثر واقع شود.