مطالعه تأثیر فشار ورودی بر عملکرد دستگاه ورتکس تیوب توسط تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 پردیس دانشگاهی/دانشگاه ارومیه

2 معاونت پژوهشی دانشکده فنی مهندسی دانشگاه ارومیه

چکیده

در مقاله حاضر با استفاده از شبیه سازی سه بعدی و تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی توسط نرم افزار فلوئنت، به بررسی تاثیر فشار ورودی بر روی عملکرد دستگاه ورتکس تیوب پرداخته شده است. نوآوری کار حاضر توجه ویژه به بحث عدد ماخ درون محفظه چرخش و نحوه تغییرات آن بر اثر تغییر فشار ورودی می باشد که تا کنون در مقالات و پژوهش های دیگر بررسی نشده است. جریان داخل دستگاه به صورت تراکم پذیر و توربولانس در نظر گرفته می‌شود. به منظور درک و بررسی تأثیر فشار ورودی، فشارهای ورودی مختلف به دستگاه وارد شده و نتایج استخراج و تحلیل می‌شوند. جهت حل میدان جریان از مدل توربولانس k-ε استفاده شده است. هندسه مدل ثابت در نظر گرفته شده است. هدف اصلی دست‌یابی به مینیمم دمای خروجی سرد و ماکزیمم سرعت چرخشی در ورتکس تیوب می باشد. مقاله حاضر بر این باور است که هر ورتکس تیوبی، یک فشار کاری بهینه دارد که هم از لحاظ میزان سرمایش تولیدی و هم از لحاظ اقتصادی توجیه پذیر می باشد این فشار کار در مقاله حاضر برابر 4.8 بار بدست آمد. نتایج نرم افزاری حاضر نشان می دهد که برای مقاصد سرمایشی استفاده از نسبت‌های جرمی سرد حدود 0.3 باعث جدایش بالاتری در خروجی سرد خواهد شد و برای مقاصد گرمایشی توصیه می‌گردد از نسبت جرمی سرد حدود 0.8 استفاده گردد.

کلیدواژه‌ها


[1]     Pourmahmoud N., Hassanzadeh A., Motaby O., and Bramo A., Computational Fluid Dynamics Analysis of Helical Nozzles Effect on the Energy Separation in a Vortex Tube, Therm. Sci., Vol. 16, No. 1, pp. 151-166, 2012.
[2]     Ranque G. J., Experiences Sur la Détente Giratoire Avec Simultanes d’un Echappement d’air Chaud et d’un Enchappement d’air Froid, J. Phys. Radium, Vol. 4, pp. 112–114, 1933.
[3]     Hilsch R., Die Expansion Von Gasen im Zentrifugalfeld als Kälteproze, Z. Naturforschung, Vol. 1, pp. 208–214, 1946.
[4]     Takahama H., Studies on Vortex Tube, Bull, JSME, Vol. 8, pp. 433–440, 1965.
[5]     Marshall J., Effect of operating conditions, physical size and fluid characteristics on the gas separation performance of a Linderstrom-Lang vortex tube, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 20, pp. 227–231, 1977.
[6]     Ahlborn B., Keller J.U., Staudt R., Treitz G., and Rebhan E., Limits of Temperature Separation in a Vortex Tube" J. Phys. D: Appl. Phys., Vol. 27, pp. 480–488, 1994.
[7]     Saidi M. H., and Valipour M. S., Experimental modeling of vortex tube refrigerator, Appl. Therm. Eng., vol. 23, pp. 1971–1980, 2003.
[8]     Singh P.K., Tathgir R.G., Gangacharyulu D., and Grewal G.S., An experimental performance evaluation of vortex tube, IE (I) Journal. MC, Vol. 84, pp. 149–153, 2004.
[9]     Aydin O., and Baki M., An Experimental Study on the Design Parameters of a Counterflow Vortex Tube, ENERGY, Vol. 31, pp. 2763–2772, 2006.
[10]   Eiamsa-ard, S., Experimental investigation of energy separation in a counter-flow Ranque-Hilsch vortex tube with multiple inlet snail entries, Int. Comm. Heat and Mass Trans., Vol. 37, pp. 637–643, 2010.
[11]  Dincer,K., Baskaya S., and Uysal Z., Experimental investigation of the effects of length to diameter ratio and nozzle number on the performance of counter flow Ranque-Hilsch vortex tube, Int. J. Heat mass trans., Vol. 44, pp. 367–373, 2008.
[12]  Polat K., and Kirmaci V., Determining of gas type in counter flow vortex tube using pairwise fisher score attribute reduction method, Int. J. Refrigeration, Vol. 34, pp. 1372–1386, 2011.
[13]  Chang K., Li Q., Zhou G., and Li Q., Experimental investigation of vortex tube refrigerator with a divergent hot tube, Int. J. Refrigeration, Vol. 34, pp. 322–327, 2011.
[14]  Behera U., Paul P.J., Kasthurirengen S., Karunanithi R., Ram S. N., Dinesh K., and Jacob S., CFD analysis and experimental investigations towards optimizing the parameters of Ranque– Hilsch vortex tube, Int. J. Heat Mass Trans., Vol. 48, pp. 1961–1973, 2005.
[15]    آخسمه، سعید، پورمحمود نادر، بهینه­سازی پارامتریک و بررسی جدایش انرژی در لوله گردابه‌ای، هفدهمین کنفرانس سالانه مهندسی مکانیک، تهران، دانشگاه تهران، اردیبهشت 1388.
[16]  Shamsoddini R., and HosseinNezhad A., Numerical analysis of the effects of nozzles number on the flow and power of cooling of a vortex tube, Int. J. Refrigeration, Vol. 33, pp. 774-782, 2010.
[17]  Pourmahmoud N., and Bramo A.R., The Effect of L/D Ratio on The Temperature Separation in The Counter Flow Vortex Tube. IJRRAS, Vol. 6, pp. 60–68, 2011.
[18]  Ameri M., and Behnia B., The study of Key Design Parameters Effects on The Vortex Tube Performance, J. Therm. Sci., Vol.4, pp. 370−376, 2009.
[19]  Zhidkov M. A., Komarova G. A., Gusev A. P., and Iskhakov R. M., Interrelation between the Separation and Thermodynamic Characteristics of Three-Flow Vortex Tubes, Chemical Petroleum Eng., Vol. 37, pp. 271-277, 2001.
[20]  Skye H.M., Nellis G.F., and Klein, S.A., Comparison of CFD Analysis to Empirical Data in a Commercial Vortex Tube, Int. J. Refrig., Vol. 29, pp. 71–80, 2006.