مطالعه تجربی بر روی عملکرد نازل‌های غیر مخروطی برای اجکتورهای دو فازی بخار و هوا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

2 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

این مقاله برای اولین بار طرح‌های جدیدی از نازل فرا صوت اولیه با مقطع غیر دایره‌ای را برای افزایش نسبت مکش یک اجکتور دو فازی بخار و هوا معرفی می‌کند. با انجام آزمایش‌های تجربی تأثیر این نازل‌ها با طراحی جدید که شامل نازل با سطح مقطع ستاره، مربع ساده، مربعی تابیده شده در جهت محور نازل، یک طرح خاص و مقطع دایره‌ای ساده به عنوان نازل مرجع، بر روی عملکرد اجکتور بررسی شد. با توجه به محدودیت‌های روش‌های ماشین کاری سنتی امکان ساخت این هندسه‌ها در گذشته وجود نداشت. در این پژوهش با استفاده از پرینتر سه بعدی و ماده مقاوم به دما در شرایط عملیاتی مورد نیاز، نازل‌ها با هندسه جدید ساخته شدند و عملکرد آن‌ها با نازل معمولی مخروطی مقایسه شد. نتایج نشان داد که نازل‌های جدید توانایی افزایش نسبت مکش اجکتور را تا 12 درصد در مقایسه با نازل مرجع با مقطع دایره‌ای دارند.
برای اعتبارسنجی آزمایشات تجربی، شبیه‌سازی‌های دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) نیز انجام شد. نتایچ این پژوهش می‌تواند مقدمه‌ای بر استفاده از راه‌حل‌های نوآورانه در بهبود عملکرد اجکتورهای فراصوت با استفاده از هندسه‌های جدید برای نازل اولیه باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1]           Wen C، Ding H، Yang Y. Performance of steam ejector with nonequilibrium condensation for multi-effect distillation with thermal vapour compression (MED-TVC) seawater desalination system. Desalination. 2020 Sep؛ 489:1-8.
[2]           Suryanto S، Hamzah N، Taufik A. The novel vacuum drying using the steam ejector. Drying Technology. 2020 Feb؛ 39: 905-911.
[3]           Zhang S، Luo J، Wang Q، Chen G. Step utilization of energy with ejector in a heat driven freeze drying system. Energy 2018 Dec؛ 164: 734-744.
[4]           Tian Q، Liu ZX، Hu JP. Numerical study on the ejector structure of deaerator. 2019 IEEE 10th International Conference on Mechanical and Aerospace Engineering، ICMAE 2019 Jul: 475–81.
[5]           Chen W، Chong D، Yan J، Liu J. The numerical analysis of the effect of geometrical factors on natural gas ejector performance. Appl Therm Eng . 2013 Sep؛ 59: 21-29.
[6]           Wang K، Wang L، Jia L، Cai W، Gao R. Optimization design of steam ejector primary nozzle for MED-TVC desalination system. Desalination. 2019 Dec؛ 471.
[7]           Liu J، Wang L، Jia L، Xue H. Thermodynamic analysis of the steam ejector for desalination applications. Appl Therm Eng. 2019 Aug ؛ 159.
[8]           Shahzamanian B، Varga S، Soares J، Palmero-Marrero AI، Oliveira AC. Performance evaluation of a variable geometry ejector applied in a multi-effect thermal vapor compression desalination system. Appl Therm Eng. 2021 Aug؛ 195.
[9]           Ghonim T، Said Farag M، Hegazy A. Optimization of Steam Ejector Performance Using CFD. ERJ Engineering Research Journal. 2021 Jul؛ 44:273-284.
[10]         Ringstad KE، Banasiak K، Ervik Å، Hafner A. Machine learning and CFD for mapping and optimization of CO2 ejectors. Appl Therm Eng. 2021 Nov؛ 199:1-15.
[11]         Li R، Yan J، Reddick C. Optimization of three key ejector geometries under fixed and varied operating conditions: A numerical study. Appl Therm Eng. 2022 Jul؛ 211.
[12]         Galindo J، Gil A، Dolz V، Ponce-Mora A. Numerical Optimization of an Ejector for Waste Heat Recovery Used to Cool down the Intake Air in an Internal Combustion Engine. J Therm Sci Eng Appl . 2020 Apr؛ 12:1-32.
[13]         Falsafioon M، Aidoun Z، Ameur K. Numerical investigation on the effects of internal flow structure on ejector performance. Journal of Applied Fluid Mechanics. 2019 Nov؛ 12:2003-2015.
[14]         Mardikus S. Effects of Shock Wave Phenomenon on Different Convergent Lengths in the Mixing Chamber of the Steam Ejector. International Journal of Applied Sciences and Smart Technologies. 2021 Jun؛ 03(01):93-100.
[15]         Li Y، Shen S، Niu C، Mu X، Zhang L. The effect of variable motive pressures on the performance and shock waves in a supersonic steam ejector with non-equilibrium condensing. International Journal of Thermal Sciences. 2023 Mar؛ 185.
[16]         Han Y، Wang X، Guo L، Yuen ACY، Liu H، Cao R، et al. A steam ejector refrigeration system powered by engine combustion waste heat: Part 2. Understanding the nature of the shock wave structure. Applied Sciences (Switzerland). 2019 Oct؛ 9(20).
[17]         علیاری شوره دلی ش، مبینی ک، عساکره ع، بررسی عددی اثر نازل اولیه جریان موازی بر عملکرد اجکتور مافوق صوت یک چرخه تبرید اجکتوری. مجلۀ مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1399، د. 50، ش. 4، ص 239-243.
[18]         گیلاندوست پ، بیاتی م، سخاوت س. بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر عملکرد یک اجکتور. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه. 1400، د. 51، ش 2، ص 187-196
[19]         صادقی م، سیدمحمودی م، خوشبختی‌سرای ر. ارائه مدل یک بعدی جدید برای تحلیل عملکرد اجکتور. مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1395، د. 46، ش 2، ص 61-71
[20]         Al-Manea A، Saleh K. SUPERSONIC STEAM EJECTORS: COMPARISON of DRY and WET-STEAM CFD SIMULATION MODELS. Journal of Engineering Science and Technology. 2022 Apr؛ 17(2):1200-1212.
[21]         Rad MP، Lakzian E، Grönman A. Numerical investigation of roughness effect on wet steam ejector performance in the refrigeration cycle. Heat and Mass Transfer/Waerme- Und Stoffuebertragung 2022 Sep؛ 58(152):1545-1560.
[22]         Foroozesh F، Khoshnevis AB، Lakzian E. Improvement of the wet steam ejector performance in a refrigeration cycle via changing the ejector geometry by a novel EEC (Entropy generation، Entrainment ratio، and Coefficient of performance) method. International Journal of Refrigeration 2020 Feb؛ 110:248-261.
[23]         Ding H، Zhao Y، Wen C، Wang C، Sun C. Energy efficiency and exergy destruction of supersonic steam ejector based on nonequilibrium condensation model. Appl Therm Eng 2021 May؛ 189.
[24]         Chang YJ، Chen YM. Enhancement of a steam-jet refrigerator using a novel application of the petal nozzle. Exp Therm Fluid Sci .2000 Sep ؛ 22(3-4):203-211.
[25]         Ma X، Zhang W، Omer SA، Riffat SB. Experimental investigation of a novel steam ejector refrigerator suitable for solar energy applications. Appl Therm Eng. 2010 Aug؛ 30(11-12): 1320–5.
[26]         Aissa WA. PERFORMANCE ANALYSIS OF CYLINDRICAL TYPE AIR EJECTOR. JES Journal of Engineering Sciences. 2006 May؛ 34(3):733-745.
[27]         Xue K، Li K، Chen W، Chong D، Yan J. Numerical Investigation on the Performance of Different Primary Nozzle Structures in the Supersonic Ejector. Energy Proced.  2017 May ؛ 105: 4997-5004
[28]         Rao SMV، Jagadeesh G. Novel supersonic nozzles for mixing enhancement in supersonic ejectors. Appl Therm Eng 2014 Oct؛ 71(1):62-71.
[29]         ESDU item number 86030، Ejectors and jet pumps. Design. 1986.
[30]         Varga S، Soares J، Lima R، Oliveira AC. On the selection of a turbulence model for the simulation of steam ejectors using CFD. International Journal of Low-Carbon Technologies. 2017 Jul؛ 12: 233–43.