ارزيابي معادلات جوانه زايي و روش هاي ميانگين گيري شعاع قطرات و بررسي اثر تركيب آن ها بر پارامترهاي جريان چگالشي بخار

Evaluation of different nucleation models and droplet radius averaging methods and their combination on condensing steam flow

انبساط بخار خشك در طبقات كم فشار توربين هاي بخار به علت مافوق سرد شدن بخار، موجب بروز پديده جوانه زايي و متعاقباً دو فازي شدن جريان مي شود. محاسبه دقيق توزيع فشار، نرخ رطوبت و شعاع قطرات توليدي در طول نازل، نقش موثري در پيش بيني خصوصيات جريان دارد. يكي از معادلات مهم حاكم بر جريان بخار تر، معادله جوانه زايي است كه تعيين كننده تعداد قطرات توليدي است. با توجه به مكانيزم هاي انتقال جرم و انرژي بين دو فاز، روش هاي مختلفي براي ميانگين گيري شعاع قطرات استفاده شده است. در تحقيق حاضر، براي اولين بار مدل-هاي مختلف جوانه زايي با روش هاي مختلف ميانگين گيري شعاع قطرات در مدل لاگرانژي-اويلري تركيب گرديده، نتايج توزيع فشار و شعاع قطرات محاسباتي در چندين حالت با نتايج تجربي مقايسه شده است. بر اين اساس، استفاده از روش ميانگين ساوتر در تركيب با اصلاح گيرشيك-چيو بر معادله جوانه زايي هِيل، بهترين كاركرد را در پيش بيني خواص جريان بخار تر خواهد داشت. ضمن آنكه دو مدل تركيبي معادله جوانه زايي كلاسيك با اصلاح گيرشيك-چيو و بدون اصلاح به همراه متوسط گيري ساوتر با اختلاف اندكي در رتبه هاي بعدي قرار مي-گيرند و به ويژه، دقت محاسبه فشار آن ها نيز قابل قبول است.

During the course of expansion of steam in LP steam turbines, the vapor becomes supersaturated, and subsequently nucleates. Then condensation occurs, that causes some damages. Exact prediction of wetness terms, and formed droplets radius has extensive effects on accurate estimation of the flow properties, and damages due to vapor condensation. Nucleation rate is one of the governing equations of liquid phase which finally determines number of generated droplets. Considering exchange of mass and energy between two phases, different models of radius averaging at each cross-section of nozzle have been used. In the present investigation, various nucleation models have been combined with different droplet radius averaging methods in a semi-analytical Eulerian-Lagrangian model. The pressure distribution and droplets radius, in several cases, have been compared with experimental data. According to the results, using Girshik-Chiu’s refinement on Hale’s nucleation model with simultaneous application of Sauter averaging approach, provides the best prediction of the flow properties. In addition, classical nucleation equation with Girshick-Chiu’s refinement and without any refinement in combination with Sauter averaging approach; are standing on the second and third ranks and specially focusing on the pressure distributions.