مدل‌سازي عددي اثر دما و فشار ورودي بر چگالش بخار و توليد آنتروپي در جداساز فشار بالا

جداساز فراصوت گاز - مايع يك نازل همگرا - واگرا است كه ميعان و تغيير فاز در سرعت‌هاي بالاتر از صوت از خصوصيات عملكرد اين دستگاه مي‌باشد. جريان سيال، انتقال جرم و حرارت در جداسازهاي فراصوت به دليل بر هم كنش پيچيده جريان فراصوت و تغيير فاز به خوبي درك نشده است. در اين پژوهش، از معادله حالت گاز ويريال و يك مدل رياضي براي پيش‌بيني دقيق پديده چگالش خود به خودي با استفاده از نظريه‌هاي هسته‌زايي و رشد قطره استفاده شده است. شعاع متوسط قطره و توزيع فشار حاصل شده از مدل عددي به خوبي با داده‌هاي تجربي سازگار است. نتايج نشان داد با 3/5% كاهش دماي ورودي در فشار ثابت، شعاع متوسط قطره‌هاي خروجي بيش از 40% افزايش يافت. همچنين، با حدود 40% افزايش فشار ورودي در دماي ثابت، بيش‌ترين كسر جرمي مايع بيش از 90% افزايش يافت. بنابراين، استفاده از دماي پايين و فشار بالا در ورودي به منظور بهبود راندمان جداسازي ضروري است. همچنين، كم‌ترين ميزان نرخ توليد آنتروپي ناشي از تغييرات دما مربوط به بيش‌ترين فشار و كم‌ترين دما بوده و كم‌ترين ميزان نرخ توليد آنتروپي ناشي از تغييرات فشار مربوط به كم‌ترين دما و فشار است. محاسبه عدد بيجان نشان داد كه برگشت ناپذيري تحت تأثير اثرات اصطكاك سيال در مقايسه با انتقال حرارت غالب است.