بررسي عددي عملكرد اجكتور با نازل اوليه همگرا درمقايسه با نازل اوليه همگرا-واگرا

A numerical comparison between ejector performance with convergence and convergence-divergence primary nozzle

در اين مطالعه، تاثير استفاده از نازل اوليه همگرا بر عملكرد اجكتور هواي مورد استفاده در سيستم سلول سوختي غشا الكتروليت پليمري با روش عددي بررسي شده است. شبيهسازي با حل معادلات دوبعدي تراكم پذير ناويراستوكس انجام شده است. بهمنظور تخمين شرايط آشفتگي جريان، از مدل k-? واقعي شده، بهره گرفته شده است. مقايسه بين نتايج محاسباتي و دادههاي تجربي چاپ شده در يك شرايط خاص عملياتي براي پارامتر نرخ كشندگي، انطباق خوبي را نشان ميدهد. اجكتور با نازل همگرا، بطور گستردهاي در علوم هوافضا، موتورهاي جت و سيستم هاي سلول سوختي غشا الكتروليت پليمري استفاده ميشود. اين نوع اجكتورها داراي مزيتهاي فراواني همچون كاهش سر و صداي جت، جلوگيري از چگالش بخار آب موجود در اجكتور و بهبود عملكرد نازلهاي متداول همگرا-واگرا هستند. تاثير همگرا شدن نازل اوليه بر روي شرايط جريان و عملكرد اجكتور در بخش-هاي مختلف آن با توجه به كاربردها و مزيتهاي متعدد، در اين مطالعه بررسي شده است. در اين مطالعه، بر اساس كاربرد خاص اجكتور با نازل اوليه همگرا در سيستم سلول سوختي غشا الكتروليت پليمري، بهبود و بهينهسازي عملكرد آن هدف تحقيق حاضر قرار گرفته است. بررسيهاي صورت گرفته بصورت جداگانه بر روي اجكتور با نازل اوليه همگرا-واگرا نيز اعمال شده و نتايج حاصل با حالت نازل همگرا مقايسه شدهاند. نتايج نشان مي‌دهند كه عملكرد اجكتور با تغيير ساختار نازل اوليه بهبود يافته است. اين بهبود عملكرد به معناي استفاده بهينه از انرژي مصرفي موجود و افزايش مكش جريان ثانويه در فرايند عملياتي اجكتور است.

In this study, a numerical method is used to investigate the effects of convergence primary nozzle on the air ejector performance used in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC). Simulations have been performed by solving the compressible form of two-dimensional Navier–Stokes equations. The turbulence model has been employed to estimate the turbulent region. A comparison of the computed results with the published experimental data exhibits agreement in terms of entrainment ratio at defined operating conditions. The ejector with convergence nozzle is widely used in the aerospace science, jet engine and Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, because it has many advantages such as jet noise reduction, preventing condensation of water vapor inside the ejector and improvement of conventional converging-diverging nozzle. According to several applications and advantages of convergence nozzle, effects of primary converging nozzle on the flow characterization and the ejector performance have been studied at any part of its. Based on particular application of the ejector with convergence primary nozzle in PEMFC, performance improvement is the purpose of this study. The results have been compared with air ejector with convergence-divergence primary nozzle. The results show that the air ejector performance has been enhanced under changing primary nozzle structure. This means that the ejector can consume available energy in its operation processes optimally besides increasing drawn secondary flow.