تاثير اصلاح تنشسطحي قطره بر جوانه زايي جريان چگالشي بخار آب

Effect of the droplet surface tension correction on nucleation condensing water vapor flow

تاكنون تحقيقات زيادي برروي پديده چگالش بخار آب در نازلها و پرههاي ثابت توربين بخار انجام شده است. در اكثر اين مدلسازيها از تنشسطحي سطح صاف بجاي تنشسطحي قطره كه علاوه بر دما وابسته به شعاع آن نيز ميباشد، استفاده شده است كه يكي از دلايل مهم آن عدم دقت لازم در روابط پيشنهادي محاسبه تنشسطحي سطح كروي قطره ميباشد. اخيراً كالوا با برازش نتايج برگرفته از حل دقيق معادله گيبس-تولمن-كنيگ-باف رابطهاي را براي محاسبه تنشسطحي قطره كه قاعدتاً كمتر از تنشسطحي سطح صاف ميباشد، پيشنهاد داده است. در اين پژوهش براي اولين بار تاثير اين رابطه بر معادله جوانهزايي كلاسيك اصلاح شده براي جريان چگالشي بخار آب در يك كانال همگرا-واگرا مافوق صوت تحقيق شده است. از آنجا كه ضريب تولمن (?) در معادله تنشسطحي كالوا يك پارامتر مهم محسوب ميشود، در اين تحقيق براي اولين بار با برازش دادههاي برگرفته از زنجيره معادلات تولمن يك معادله براي تغييرات ضريب تولمن با دماي قطره نيز پيشنهاد شده است. تنشسطحي وابسته به شعاع و دماي كالوا علاوه بر تاثير مستقيم در شعاع بحراني قطرات، در بدست آوردن انرژي آزاد بحراني قطره نيز تاثيرگذار مي‌باشد كه تاثير هردو آنها براي اولين بار در معادله جوانهزايي كلاسيك اصلاح شده بررسي شده است. اعمال اصلاح تنشسطحي قطره پيشنهادي كالوا و همچنين استفاده از معادله پيشنهادي تغييرات دمايي ضريب تولمن در مدلسازي تحليلي يكبعدي جريان آدياباتيك مافوق صوت، باعث بهبود نتايج به ميزان 12 درصد در شعاع نهايي قطرات و 5 درصد در توزيع فشار در منطقه شوك ميعان شده است.

Condensing flow in nozzle and stationary blades of steam turbine has been the subject of many studies. Due to the lack of precise relationship between surface tension and small droplet radius, the radial dependence of surface tension has been ignored in calculations and instead of droplet surface tension, surface tension of flat surface is used. Gibbs-Tolman-Koenig-Buff equation express the radial dependence of surface tension that Kalova provides as a relationship of changes in surface tension versus radius of the surface by fitting response from the exact solution of GTKB equation. The aforementioned relationship is known as Kalova surface tension equation. The present study considers the effect of the Kalova surface tension correction on nucleation and droplet growth in condensing flows in an ultrasonic Laval nozzle. Since Tolman coefficient (?) is an important parameter in Kalova surface tension equation, by fitting response from Tolman equations a correlation for Tolman coefficient temperature changes is suggested for the first time. Kalova surface tension correction has a direct impact on the droplets crisis radius and droplets crisis free energy that the impact of both them in the modified classical nucleation equation have been studied for the first time. The results of analytical modeling of one-dimensional adiabatic supersonic flow by applying the Kalova surface tension correction and using the proposed equation for Tolman coefficient temperature changes indicate an improvement to the 12% in radius of the droplets and 5% in pressure distribution in the region of condensation shock.