كنترل شدت و موقعيت چگالش ناگهاني با استفاده از پاشش قطرات در گلوگاه يك شيپوره همگرا-واگراي دوبعدي

Controlling the Intensity and Location of Spontaneous Condensation in a 2-D Laval Nozzle by Spraying Water Droplets at the Throat

بخار ضمن انبساط سريع در شيپوره هاي گذر صوتي گاهي شرايط فوق سرد را احراز مي نمايد. در اين حالت، تعادل ترموديناميكي برقرار نبوده و دماي بخار از دماي اشباع در فشار حاكم كمتر مي شود. بخار فوق سرد مستعد جوانه زايي و چگالش است كه به صورت آني و توسط چگالش ناگهاني صورت مي گيرد. بدين ترتيب، با تشكيل قطرات و كاهش انرژي گيبز، شرايط تعادلي برقرار و جريان دوفازي حاصل مي شود. در اين تحقيق، براي حل دوبعدي جريان، معادلات حاكم بر تشكيل فاز مايع شامل معادله جوانه زايي كلاسيك با اصلاح غيرهمدما-كورتني به همراه معادلات رشد قطره با معادلات ناوير- استوكس تركيب شده و به روش تايم مارچينگ جيمسون مبتني بر حجم كنترلي و با استفاده از مدل توربولانسي بالدوين-لوماكس شبيه سازي شده است. جهت بررسي اعتبار روش به كار رفته، توزيع فشار و شعاع قطرات در انتهاي شيپوره با نتايج تجربي موجود مقايسه شده اند. با احراز اعتبار روش اتخاذ شده در اين تحقيق، پاشش قطرات آب به داخل جريان بخار در گلوگاه شيپوره به منظور كنترل شدت و موقعيت چگالش ناگهاني به صورت تيوري مورد بررسي قرار گرفته كه در نتيجه، كاهش شدت چگالش ناگهاني (شوك چگالش) را به بار آورده است. از آنجا كه شوك مذكور عامل تلفات آيروديناميكي و ترموديناميكي مي باشد، اين ايده مي تواند در بهبود عملكرد نازلهاي بخار موثر واقع شود.

During expansion in a Laval nozzle, the steam at first supercools and then reverts to equilibrium through spontaneous condensation to become a two-phase mixture. This paper describes a numerical method for the solution of two-dimensional, two-phase flow of steam in a Laval nozzle. The unsteady Navier-Stokes equations, including the Baldwin-Lomax turbulence model are combined with non-isothermal-Courtneyʹs correction and droplet growth equations; then treated by Jamesonʹs time marching scheme. In this study, pressure distribution and droplet size are predicted and compared with available empirical results. For further validations, spraying water droplets at the throat of nozzle is considered theoretically to control the spontaneous condensation intensity and its location. Since condensation shock is the origin of aerodynamic and thermodynamic losses, the idea can lead to improved design.