بررسي اثرات تلفيق قطرات در جريان‌هاي بخار چگالشي

Investigation of the Effects of Droplet Coalescence on the Wet Steam Flows

جريان‌هاي چگالشي درون نازل‌ها و پره هاي توربين‌هاي بخار همواره موضوع بسياري از پژوهش‌ها مي باشد. ايجاد فاز مايع در جريان بخار باعث تغييرات قابل‌ملاحظه‌اي در جريان مي گردد. آزاد شدن ناگهاني گرماي نهان در جريان مافوق صوت بخار به‌علت جوانه زايي قطرات مايع و تغيير فاز باعث ايجاد پديده مهم شوك چگالش يا ميعان مي شود. مدل‌سازي اين‌گونه جريان‌ها كه بخار به‌علت خارج شدن از حالت تعادل، ابتدا مافوق سرد و سپس به فاز مايع تبديل مي شود، بسيار پيچيده است و عدم قطعيت‌هاي متعددي كماكان وجود دارد. يكي از مواردي كه مي‌تواند مدل‌سازي اين‌گونه جريان‌هاي دوفازي را كامل كند، بحث تلفيق يا چسبيدن قطرات مايع مي باشد كه در اين تحقيق مدل تلفيق مناسب به‌روش تحليلي (رياضي) يك‌بعدي آدياباتيك براي اولين بار اضافه مي‌شود. در كانا‌‌ل‌هاي هم‌گرا- واگراي مافوق صوت كه جريان از يك منبع ساكن به‌صورت يونيفرم (يكنواخت) منبسط مي‌شود، عوامل به‌وجود آمدن تلفيق به‌مانند توربولنسي(از جمله به‌علت جوانه‌زايي و شوك ميعان و ارتعاشات تجهيزات آزمايشگاهي) هر چند محدود مي‌توانند وجود داشته باشند. در اين تحقيق پديده تلفيق با استفاده از مدل پرينس و بلنچ در سه نازل هم‌گرا- واگرا شبيه‌سازي مي شود. نسبت فشار و شعاع قطره در هر سه نازل با نتايج تجربي مقايسه شده‌اند و اعتبارسنجي انطباق خوبي را نشان مي‌دهد. به‌طوري كه در هر سه نازل با در نظر گرفتن تلفيق، شعاع قطرات نسبت به حالت بدون تلفيق افزايش يافته و به مقادير تجربي نزديك‌تر شده است.

Condensing flows in nozzles and blades of steam turbines have always been the subject of many studies. Creation of liquid phase in vapor causes significant changes in the flow. Sudden release of latent heat in supersonic steam flow due to nucleation of liquid droplets and phase change causes the important phenomenon of condensation shock. Modeling of such flows is complex because the vapor gets out of equilibrium and becomes super-cooled then turns into liquid phase. However, there are still many uncertainties. One of the items that can complete the modeling of such flows is coalescence or combination of liquid droplets. A suitable coalescence model is added to the adiabatic 1D analytical method for the first time in this research. In supersonic convergent- divergent nozzles which the flow expands from a static source uniformly, there are factors of occurring coalescence like turbulence but they are limited. In this research, coalescence is simulated in three converging- diverging nozzles by using Prince & Blanch’s model. Pressure ratio and droplet radius are compared with experimental result and showing a good agreement. Considering coalescence in these three nozzles shows that the radius of droplets are increased and approaching to experimental data.