نزدیک به دیواره کرده و از لحاظ کمی نیز مقدار آن را افزایش داده و در نتیجه دمای خروجی سرد دستگاه را کاهش دهیم. برای نشان دادن تاثیر تغییر عرض نازل برای دو حالت W=0.8mm و W=1.2mm کانتورهای فشار در شکل 5-17 آورده شدهاند و کاملا نشان دهنده تفاوت بین دو حالت نامبرده هستند.

شکل 5-17 : (a کانتور فشار برای محفظه چرخش برای عرض نازل 0.8 میلیمتر
(b کانتورفشار برای محفظه چرخش برای عرض نازل 1.2 میلیمتر

5-5 بررسی تأثیر سطح مقطع مستطیلی ورودی نازل بر روی جدایش دمایی سرد دستگاه
در این بخش از پایان نامه، از ارتفاع بهینه بدست آمده از قسمت قبل یعنی H=6 mm استفاده خواهد شد. هدف بهینه سازی ابعاد سطح مقطع ورودی نازل میباشد یعنی باتوجه به اینکه مساحت سطح مقطع مقداری ثابت فرض شده است، یعنی حاصل B*W = const ثابت میباشد و با انتخاب ابعاد مختلف برای B و W و استخراج نتایج و بررسی آنها؛ بهترین حالت برای بهینه سازی طول و عرض بدست آمده است. حال نیاز به یک رابطه مقید کننده دیگر میباشد و لذا در اینجا به تعریف پارامتر بی بعدی که با علامت ƞ نشان داده خواهد شد، میپردازیم که از حاصل تقسیم B بر W بدست می آید. حال به تحلیل نتایج بر اساس پارامتر جدید خود می پردازیم.
برای مقادیر مختلف ƞ که به ازای مقادیر مختلف B و W بدست می آید و در جدول 5-3 آورده شده اند به بررسی اختلاف دمای ایجاد شده در خروجی سرد دستگاه (ΔT i,c) و هوای ورودی به دستگاه می پردازیم و هرچقدر میزان این اختلاف بیشتر باشد ما به هدف مطلوب خود که هرچه بیشتر نمودن این جدایش دمایی است نزدیکتر شده ایم.

جدول 5-3: جدایش دمای خروجی سرد برای نسبت های مختلفƞ = B/W برای H = 6 mm
B (mm)
W (mm)
Η
ΔT i,c
0.88
0.88
1
45.94
0.97
0.8
1.21
46.7127
1.108
0.7
1.58
46.3253
1.293
0.6
2.15
46.5056
1.464
0.53
2.76
45.857
1.94
0.4
4.85
44.6182

η
شکل 5-18 : نمودار اختلاف دمای خروجی سرد با ورودی دستگاه برحسب η

نمودار شکل 5-18 جدایش دمایی به ازای مقادیر مختلف η را نشان می دهد، نتایج حاکی از آن است که با افزایش مقدار پارامتر η جدایش دمایی روند نزولی طی میکند، این روند در بازه 1 تا 1.21 صعودی بوده سپس در بازه 1.21 تا 2.15 دارای مینیمم نسبی بوده و از آن به بعد سیر نزولی خود ادامه میدهد. نتایج نشان میدهد که حالت بهینهای در ƞ برابر 1.21 اتفاق میافتد.

5-6 توزيع دما و خطوط مسير
شکل (5-10) نحوه توزیع دمای کل در سرتاسر لوله برای مدل با دبی ورودی 8.34 گرم بر ثانیه برای حالت η=1.21 یعنی بهترین حالت برای جدایش دمایی خروجی سرد دستگاه را نشان میدهد. ماکزيمم مقادير برای دمای کل، در نزديکی ديواره ورتکس تيوب ملاحظه میگردد و در ديواره به علت اعمال شرط عدم لغزش، دمای کل با افزایش مواجه است. در هسته مرکزی لوله دما نسبت به دیواره پایینتر میباشد و با حرکت جریان سیال از خروجی گرم به سمت سرد، کاهش تدریجی دما را داریم. همچنين در اين شکل افزايش دما در جهت شعاعی و به طرف ديواره ورتکس تيوب ديده میشود.

شکل 5-19: کانتور دما بر حسب کلوین در مقاطع مختلف ورتکس تیوب برای ورودی 8.34 g/s-1
کانتور دمای کل برای ورتکس تيوب در نسبت جرمی سرد 0.3 نشان دهنده حداکثر دمای خروجی گاز گرم برابر با 329.65 کلوين و حداقل دمای گاز سرد برابر 247.49 کلوين میباشد. تغييرات دمای کل نشان ميدهد کاهش گراديان دمای کل در نواحی نزديک به خروجی گرم میباشد.
از طریق میدان سرعت محاسبه شده، خطوط مسیر برای المانهایی از سیال در کسر جرمی سرد 0.3 در مختصات سه بعدی در شکل (5-20) نشان داده شده است. المانهایی از سیال که از خروجی سرد تخلیه میشوند با یک حرکت چرخشی به سمت انتهای ورتکس تیوب پیشروی میکنند. بخشی ازالمانهای سیال در طول اولیه ورتکس تیوب به سمت خروجی سرد حرکت میکنند و المانهای دیگر سیال تا انتهای گرم ورتکس تیوب حرکت میکنند و در نزدیکی انتهای لوله جهت مسیر خود را تغییر داده و حرکت خود را به سمت خروجی سرد آغاز میکنند که در طی این مسیر با کاهش حرکت چرخشی همراه هستند. قسمتی دیگر از المانهای سیال نیز پس از ورود به لوله ورتکس تیوب در ناحیه محیطی با یک حرکت چرخشی به سمت خروجی گرم جریان مییابند. مشاهده میشود که بر هم کنش بین جریان در خروجی گرم و خروجی سرد در فاصلهای قبل از خروجی گرم اتفاق میافتد. بنابراین عمده جدایش انرژی قبل از این نقطه ایجاد میشود. با توجه به خطوط مسیر به دست آمده به وضوح مشاهده میشود که در نسبتهای جرمی پایین در خروجی سرد، برگشت جریان به انتهای سرد در نزدیکی انتهای گرم لوله صورت می پذیرد.

شکل 5-20: خطوط مسیر برای سیال در ورتکس تیوب بر حسب دمای کل

5-7 بررسی مولفه چرخشی سرعت و ماکزیمم مقدار آن
سرعت چرخشی نقش قابل ملاحظه ای در جدایش انرژی در ورتکس تیوب دارند. از طرف دیگر با مطالعه سرعت چرخشی در مقاطع مختلف از تیوب و در راستاهای شعاعی و محوری می توان به درک مناسبی از جدایش انرژی در داخل دستگاه دست یافت. به همین منظور در این بخش به مطالعه این نوع پروفیل سرعت در شکل 5-21 در Z/L = 0.1 از طول لوله و در راستای شعاعی برای مدل بهینه و مدل اسکای و همکاران [66] پرداخته شده است. همانطور که از شکل 5-21 پیداست با ایجاد نازل بهینه، مقادیر سرعت چرخشی نسبت به مدل معمولی اسکای و همکاران [66] در نزدیک دیواره افزایش می یابد. ولی در بقیه مقطع اختلاف قابل ملاحظه ای ندارند.
ماکزیمم مقدار سرعت چرخشی در نزديكي ديواره ورتکس تیوب ايجاد ميشود و مقدار آن در جهت خروجي گرم كاهش مييابد. تغییرات سرعت چرخشی در جهت شعاعی وجود گردابههای آزاد را نشان میدهد و این مساله در تطابق کامل با گزارشات کوراساکا [42] و گاتسول [29] میباشد. باید متذکر شد ضخامت نواحی که با رژیم گردابههای آزاد هدایت میشوند در میدان جریان بسیار کم است. بنابراین بیشتر جریان موجود در ورتکس تیوب با رژیم گردابههای اجباری هدایت میشود که در این نواحی مقدار سرعت با شعاع رابطه مستقیم دارد.

دسته بندی : No category

دیدگاهتان را بنویسید