مدلسازي و تحليل پارامتري پايداري سيال دوفاز در فرايند جوشش در يك كانال حرارتي

Modeling and parametric analysis of two-phase fluid stability in boiling process in a thermal channel

در اين مقاله ناپايداري جريان سيال دوفاز در فرايند جوشش مورد تحليل قرار مي‌گيرد. با معرفي مشخصه‌هاي مناسب، يك مدل جامع و نسبتا ساده جهت بيان افت فشار در خلال فرايند پايا به دست آمده‌است. اين مدل و اعداد بي‌بعد تعريف شده درك بهتري از تاثير پارامترهاي مختلف بر سيستم و نوسانات ارائه داده‌است. با تحليل پايداري لياپانوف، شرايط بروز ناپايداري بر حسب كميات وابسته فرايند حاصل شده‌اند. تاثير پارامترها بر شكل منحني افت فشار بر حسب سرعت جرمي و وجود نقاط اكستريمم مورد بحث قرار گرفته‌اند. شكل نوسانات بر حسب مقدار پارامتر اساسي ميرايي نوسان، از يك مدار بيضوي تا يك چهار گوش منطبق بر منحني افت فشار، تغيير مي‌كند و در نتيجه آن شكل موج تغيير خواهد كرد. مشخصات مدار نوسان، دامنه و فركانس آن‌ها بر حسب كميات مسئله به صورت تحليلي مورد بحث قرار گرفت. با حل مدل غيرخطي سيستم، تغييرات دوره تناوب نوسانات حاصل از ناپايداري مورد بررسي و ارتباط آن با پارامترهاي تعريف شده سيستم بحث و تحليل شده‌اند دوره كاركرد نوسانات براي فشارهاي كاركرد بالا تابعي از چگالي مايع و هندسه كانال حرارتي است و براي حجم فشرده بالا، با كاهش نرخ جرمي ورودي در شرايط ناپايدار اين مشخصه افزايش مي‌يابد.

In this paper, analysis of two-phase flow instability in a boiling process is investigated and a simple and comprehensive model is modified to express pressure drop. The defined model and nondimensional numbers give a comprehensive sight of different parameters' effect on the oscillations. By using Lyapunov stability analysis, conditions in which instability occurs are identified. The effect of parameters on the diagram of pressure drop versus mass flow rate are investigated and the existence of extremum is discussed. The oscillation form varies according to the value of the basic oscillation damping parameter from an elliptical orbit to a quadrilateral, corresponding to the pressure drop curve. The characteristics of their oscillation circuit, amplitude, and frequency were discussed analytically in terms of problem quantities. In addition, by nonlinear analysis, variation of the oscillation period is examined and its relation to the parameter of systems is investigated. In high operating pressure, the oscillation period is a function of fluid density and geometry of the thermal channel. Also for high compressible volumes, this characteristic increases with decreasing input mass flow rate in an unstable condition.