مقايسه مدل‌سازي چندشعاعي و تك شعاعي قطرات در جريان چگالشي بخار داخل يك شيپوره مافوق صوت در چهارچوب اويلري-لاگرانژي

A comparison between polydispersed and monodispersed radius modeling techniques of droplets in condensing steam flow in a supersonic nozzle by Eulerian-Lagrangian method

پديده‌ي چگالش در جريان بخار باعث ايجاد قطرات با اندازه‌هاي مختلف مي‌شود. براي پيش‌بيني دقيق رفتار جريان دوفازي بخار - مايع، لازم است تا تأثير تمام دسته قطرات با اندازه‌هاي مختلف بر بخار در نظر گرفته شود. در اين تحقيق براي تحليل جريان يك‌بعدي بخارتر در يك شيپوره‌ي همگرا - واگراي مافوق صوت، از معادله جوانه زايي در چهارچوب اويلري-لاگرانژي استفاده شده است. روش‌هاي چند‌شعاعي و تك‌شعاعي، براي مدل‌سازي قطرات تشكيل شده در جريان بخار، با يكديگر مقايسه شده‌اند. در روش چند‌شعاعي، تمام دسته قطرات تشكيل شده در ناحيه‌ي چگالش ناگهاني، بدون ادغام با ساير دسته قطرات، در محاسبات حفظ مي‌شوند؛ اما در روش تك‌شعاعي اين دسته قطرات با يكديگر ادغام شده و در غالب يك گروه با شعاع متوسط در محاسبات منظور مي‌شوند. روش چند‌شعاعي از اين لحاظ كه قادر به پيش‌بيني طيف قطرات با اندازه‌هاي مختلف است، نسبت به روش تك‌شعاعي به واقعيت نزديك‌تر است و لذا داراي مزيت است. مقايسه نتايج حاصل از اين دو روش با شواهد تجربي حاكي از آن است كه شعاع پيش‌بيني شده براي قطرات از روش چند‌شعاعي، نسبت به روش تك‌شعاعي، در هر چهار نازل مورد بررسي به مقادير تجربي نزديك‌تر مي‌باشد.

Condensation phenomena in steam flow can cause droplets with different sizes to form. For an exact prediction of two phase flow behavior, it is necessary to consider the effects of all droplets with different sizes on the steam. In this paper, nucleation equation in an Eulerian–Lagrangian framework has been used to analyze one–dimensional flow of wet steam in a supersonic convergent–divergent nozzle. Polydispersed and monodispersed radius methods for modeling the formed droplets are compared. In polydispersed method, all the formed droplets in the spontaneous condensation zone are retained in the calculations without being merged with other groups; but in monodispersed method all groups are merged, and only one group with averaged radius is retained in the calculations. The polydispersed method has an advantage and can predict the complete droplet spectra. Results of comparing the two methods with experimental data indicates that measured radius by the polydispersed method is up to 24% closer to experimental data, compared to monodispersed method.