پیوندهای مفید
آمار
| تعداد نشریات | 7 |
| تعداد شماره‌ها | 399 |
| تعداد مقالات | 5,389 |
| تعداد مشاهده مقاله | 5,287,984 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 4,882,724 |
تحلیل عددی جریان هوای مرطوب در نازل همگرا-واگرا با مدل‌های ترمودینامیک تعادلی و غیر تعادلی | ||
| نشریه مهندسی مکانیک امیرکبیر | ||
| مقاله 4، دوره 55، شماره 9، آذر 1402، صفحه 1113-1134 اصل مقاله (1.44 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22060/mej.2023.21836.7526 | ||
| نویسندگان | ||
| صباح حمیدی* 1؛ محمد جعفر کرمانی2 | ||
| 1گروه مهندسی مکانیک، واحد سنندج، دانشگاه آزاد اسلامی، سنندج، ایران | ||
| 2استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| در این مقاله، حل عددی جریان تراکم‌پذیر، حدود صوت، گذرا، غیر لزج و دو فاز هوای مرطوب در نازل‌های همگرا-واگرا مورد مطالعه قرار گرفته است. برای انجام این کار، هر دو مدل ترمودینامیک تعادلی و غیر تعادلی با روش عددی رو در نظر گرفته شده و نتایج با هم مقایسه شده است. در مدل ترمودینامیک تعادلی حل عددی دارای دقت مرتبة سوم مکانی و دقت مرتبة دوم زمانی است اما در مدل ترمودینامیک غیر تعادلی، دقت مرتبه اول مکانی و دقت مرتبة دوم زمانی بکار گرفته شده است. برای جریان هوای مرطوب در ناحیه خشک، خواص اصلی فشار، دما و سرعت برون‌یابی شده، اما برای ناحیه مرطوب (دو فاز)، کیفیت به جای فشار در مرز گره برون‌یابی شده است. در این تحقیق تأثیر هندسة نازل و شرایط سکون بر روی رطوبت خروجی از نازل و نرخ جوانه‌زایی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش نرخ انبساط سطح نازل تقطیر زودتر رخ داده و همچنین نرخ جوانه‌زایی و رطوبت خروجی از نازل نیز افزایش می‌یابد. با وصف اینکه در مدل ترمودینامیک غیر تعادلی دقت مکانی مرتبه اول بکار گرفته شده است اما نتایج حاصل از این مدل تطابق بهتری با نتایج تجربی دارد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| روش عددی رو؛ هوای مرطوب؛ رطوبت؛ ترمودینامیک تعادلی؛ ترمودینامیک غیر تعادلی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Numerical analysis of moist-air flow in converging-diverging nozzle with equilibrium and non-equilibrium thermodynamic models | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Sabah Hamidi1؛ Mohammad J. Kermani2 | ||
| 1Department of Mechanical Engineering, Sanandaj Branch, Islamic Azad University, Sanandaj, Iran | ||
| 2Department of Mechanical Engineering, Amir kabir University of Technology (AUT), Tehran Polytechnic. | ||
| چکیده [English] | ||
| In this paper, the numerical solution of compressible, transonic, unsteady, inviscid, and two-phase of moist-air flow in converging-diverging nozzles is studied. To do so, both equilibrium and non-equilibrium thermodynamic models with Roe's scheme are considered and the results are compared. In the equilibrium thermodynamic model, the solver is spatially third-order and temporally second-order accurate, but in non-equilibrium thermodynamic model, the solver is spatially first-order and temporally second-order accurate. For the moist air in dry regions the pressure, temperature, and velocity are extrapolated while in wet regions the steam quality has been used instead of pressure. In this study, the influence of the geometry expansion rate and inlet total temperature and pressure on nucleation rate and the wetness fraction at the nozzle exit are investigated. The results show that by increasing the expansion rate of the nozzle the condensation onset occurs earlier; also, the nucleation rate and wetness fraction at the nozzle exit is increased. Comparing the results of equilibrium and non-equilibrium thermodynamic models shows that the non-equilibrium thermodynamic model has better agreement with the experimental data. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Roe's scheme, moist air, wetness fraction, equilibrium thermodynamic, non-equilibrium thermodynamic | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
[1] S.A. Hosseini, E. Lakzian, M. Nakisa, Multi-objective optimization of supercooled vapor suction for decreasing the nano-water droplets in the steam turbine blade, International Communications in Heat and Mass Transfer, 142 (2023), 106613. [2] M. A. Faghih Aliabadi, E. Lakzian, I. Khazaei, A. Jahangiri, A comprehensive investigation of finding the best location for hot steam injection into the wet steam turbine blade cascade, Energy, 190 (2020), 116397. [3] P. L. Roe, Approximate Riemann Solvers, Parameter Vectors and Difference Schemes, J. Comput. Phys., 43 (1981), 357-372. [4] M. J. Kermani, A. G. Gerber, J. M. Stockie, An Application of Roe,s High Resolution Scheme to Transonic Two-Phase Flow through Nozzles, Iranian Journal of Mechanical Engineering: Transaction of the ISME, 7 (2006), 60-77. [5] A. Hemidi, F. Henry, S. Leclaire, J. M. Seynhaeve, Y. Bartosiewicz, CFD Analysis of a Supersonic Air Ejector. Part I: Experimental Validation of Single-phase and Two-phase Operation, Applied Thermal Engineering, 29 (2009), 1523–1531. [6] A. J. White, Numerical Investigation of Condensing Steam Flow in Boundary Layers, International Journal of Heat and Fluid Flow, 21 (2000), 727-734. [7] A. G. Gerber, M. J. Kermani, A Pressure Based Eulerian–Eulerian Multi-phase Model for Non-equilibrium Condensation in Transonic Steam Flow, Int. J. Heat and Mass Transfer, 47 (15) (2004), 2217–2231. [8] D. A. Simpson, A. J. White, Viscous and unsteady flow calculations of condensing steam in nozzles,” International Journal of Heat and Fluid Flow, 26 (2005) 71–79. [9] J. Halama, F. Benkhaldoun, J. Fort, Numerical Modeling of Two-phase Transonic Flow, Mathematics and Computers in Simulation, 80 (8) (2009) 1624-1635. [10] Y. Yang, S. Shen, Numerical Simulation on Non-equilibrium Spontaneous Condensation in Supersonic Steam Flow, International Communications in Heat and Mass Transfer, 36 (4) (2009) 902-907. [11] E. Lakzian, S. Yazdani, R. Mobini, M. H. Moghimi-Esfand Abadi, A. Ramezani, M. Yahyazadeh, M. Rashedi Tabar, Investigation of the effect of water droplet injection on condensation flow of different nozzles geometry, The European Physical Journal Plus, 137 (613) (2022). [12] A. A. Pouring, An Experimental and Analytic Investigation of Homogeneous Condensation of Water Vapor in Air during Rapid Expansions, Ph.D. Dissertation, Yale University, (1963). [13] C. F. Delale, G. H. Schnerr, J. Zierep, Asymptotic Solution of Transonic Nozzle Flows with Homogeneous Condensation.1. Subcritical Flows, Phys. Fluid. A, (5) (38) (1993) 2969–2981. [14] S. Yamamoto, Preconditioning Method for Condensate Fluid and Solid Coupling Problems in General Curvilinear Coordinates, Journal of Computational Physics, 207 (13) (2005) 240–260. [15] K. Sakakura, S. Yamamoto, Numerical and Experimental Predictions of Heterogeneous Condensate Flow of Moist Air in Cooled Pipe, International Journal of Heat and Fluid Flow, 27 (7) (2006) 220–228. [16] S. Hamidi, M. J. Kermani, Numerical solution of compressible two-phase moistair flow with shocks, Eur. J. Mech. B, Fluids 42 (2013) 20–29. [18] S. Hamidi, M. J. Kermani, Numerical Study of Water Production from Compressible [19] S. Hamidi, M. J. Kermani, Numerical study of non-equilibrium condensation and shock waves in transonic moist-air and steam flows, Aerospace Science and Technology non-equilibrium condensation and shock waves in transonic moist-air and steam flows, Aerospace Science and Technology [20] S. Hamidi, M. J. Kermani, H. Beheshti Amiri, Numerical modelling of transonic two phase flow with shock in converging-diverging nozzle, Amirkabir Journal of Science & Research, 45 (1) (2013) 15-27, (in Persian). [21] S. Dykas, M. Majkut, K. Smolka, M. Strozik, Comprehensive investigations into thermal and flow phenomena occurring in the atmospheric air two-phase flow through nozzles, International Journal of Heat and Mass Transfer, 114 (2017) 1072-1085. [22] S. Yamamoto, S. Moriguchi, H. Miyazawa, T. Furusawa, Effect of inlet wetness on transonic wet-steam and moist-air flows in turbomachinery, Journal of Computational Physics, 119 (2018) 720-732. [23] P. Wisniewski, S. Dykas, S. Yamamoto, B. Pritz, Numerical approaches for moist air condensing flows modelling in the transonic regime, International Journal of Heat and Mass Transfer, 162 (120392) (2020). [24] P. Wisniewski, S. Dykas, B. Yamamoto, M. Majkut, K. Smolka, M. Nocon, T. Wittmann, J. Friedrichs, A comprehensive analysis of the moist air transonic flow in a nozzle with a very low expansion rate, Applied Thermal Engineering, 217 (119185) (2022). [25] P. Wisniewski, S. Dykas, H. Miyazawa, T. Furusawa, S. Yamamoto, Modified heat transfer correction function for modeling multiphase condensing flows in transonic regime, International Journal of Heat and Mass Transfer, 201(123597) (2023). [26] P. Wisniewski, M. Majkut, S. Dykas, K. Smolka, G. Zhang, B. Pritz, Selection of a steam condensation model for atmospheric air transonic flow prediction, Applied Thermal Engineering, 203 (117922) (2022). [27] A. R. Teymourtash, M. R. Mahpeykar, A blade to blade invicid transonic flow analysis of nucleating steam in a turbine cascade by the jameson,s time-marching scheme using body fitted grid, Journal of Applied and Computational Sciences in Mechanics, 18 (1) (2006) 1-20 (in Persian). [28] G. D. Van Albada, B. van Leer, W. W. Roberts, A Comparative Study of Computational Methods in Cosmic Gas Dynamics, Astron. Astrophys., 108 (1) (1982) 76-84. [29] M. J. Kermani, E. G. Plett, Modified Entropy Correction Formula for the Roe Scheme, AIAA Paper # 2001-0083, (2001). [30] K. A. Hoffmann, S. T. Chiang, Computational Fluid Dynamics for Engineers, Vol. II, Engineering Education Systems, Wichita, Kansas, USA, (1993). [31] J. Halama, J. Dobes, J. Fort, J. Furst, K. Kozel, Numerical Modeling of Unsteady Flow in Steam Turbine Stage, Journal of Computational and Applied Mathematics, 234 (36) (2009) 2336-2341. [32] P. G. Hill, Condensation of Water Vapor During Supersonic Expansion in Nozzles, part 3, J. Fluid Mech., 25 (13) (1966) 593-620. [33] J. P. Sislian, Condensation of water vapour with or without a carrier gas in a shock tube, UTIAS report No. 201, Toronto University (1975). [34] J. C. Tannehill, D.A. Anderson, R.H. Pletcher, Computational Fluid Mechanics and Heat Transfer, second edition, Taylor & Francis, USA, (1997). [35] M. J. Moore, P. T. Walters, R. I. Crane, B. J. Davidson, Predicting the Fog Drop Size in Wet Steam Turbines, Inst. for Mechanical Engineers (UK), Wet Steam 4 Conference, University of Warwick, Paper C37/73 (1973). [36] M. A. Saad, Compressible fluid flow, Prentice‐Hall, Inc, Englewood cliffs, New Jersey, (1985). | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 186 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 377 |
||
