شبیه سازی عددی جت اجکتور مادون صوت

نویسندگان

1 دانشگاه آزاد اسلامی، واحد علوم و تحقیقات سمنان

2 دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان

چکیده

یکی از ساده‌ترین وسایلی که برای مکش و پمپ کردن سیال بکار می‌روند جت اجکتورها هستند. در این تحقیق با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی به شبیه سازی عددی جت اجکتور مادون صوت هوا-هوا پرداخته شده است. معادلات ناویراستوکس، پیوستگی و انرژی با شرایط مرزی بدون لغزش در دیواره حاکم می‌باشند. شبیه سازی عددی به صورت سه بعدی صورت گرفته و جریان پایا، لزج و مغشوش فرض شده است. به منظور شبیه سازی اغتشاشات از معادلات ناویراستوکس میانگین گیری شده رینولدز K-ε Standard،K-ε RNG، K- ε Realizable، K-ω Standard و K-ω SST استفاده شده است. ضریب اجکتینگ برای نسبت‌های فشار متفاوت پارامتر‌ موثری بود که از آن برای صحه گذاری نتایج عددی استفاده گردید. میزان خطا برای مدل توربولانسی K-ε RNG کمینه بوده لذا در ادامه، از این مدل به منظور شبیه‌سازی اغتشاشات استفاده شده است. پس از معتبر سازی نتایج به بررسی پارامتر هندسی تأثیر قطر خروجی دیفیوزر و زاویه واگرایی بر کارآیی جت اجکتور مادون صوت هوا-هوا پرداخته شده است. نتایج نشان می‌دهد که علاوه بر زاویه واگرایی، قطر خروجی دیفیوزر تأثیر قابل توجهی بر عملکرد و راندمان این نوع دستگاه‌ها دارد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical simulation of subsonic jet ejector

نویسندگان [English]

  • mohsen taheriyan 1
  • Seyfollah Saedodin 1
  • Mohammad Sadegh Valipour 2
چکیده [English]

An ejector is a pumping device that uses a high-speed primary fluid jet to entrain a secondary stream. In this work, using CFD we simulate subsonic air – air ejector numerically. Governing equations including continuity, momentum and energy equations are solved numerically based on finite volume method. Numerical simulation is carried out in 3 dimensions and flow is assumed to be conservative, viscous and turbulent. To simulate turbulences, Reynolds averaged Navier–Stokes, K-ε Standard, K-ε RNG, K-ε Realizable, K-ω Standard and K-ω SST are applied. Ejecting coefficient for various pressure ratios was an effective parameter which was used to validate numerical results. Error was at its minimum for K-ε RNG turbulence model. Therefore, it was used to simulate turbulences. After validating results, we analyzed the effect of geometrical parameter of diffuser outlet diameter and divergence angle on performance of subsonic air – air ejector. Results demonstrate that in addition to divergence angle, diffuser outlet diameter has a significant influence on performance and efficiency of such devices.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ejector
  • diffuser divergence angle
  • ejector efficiency
  • Numerical simulation
 

 [1] Kroll, A.E. (1947). “The design of jet pumps”. Chemical Engineering Progress, vol. 1, p. 21.

[2] Meakhail, T., Zien, Y., Elsallak, M., AbdelHady, S. (2008). “Experimental study of the effect of some geometric variables and number of nozzles on the performance of a subsonic air–air ejector”. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy, vol. 222, pp. 809-818.

[3] Riffat, S., Omer, S. (2001). “ CFD modelling and experimental investigation of an ejector refrigeration system using methanol as the working fluid”. International journal of energy research, vol. 25, pp.115-128.

[4] Yadav, R.L., Patwardhan, A.W. (2008). “Design aspects of ejectors: Effects of suction chamber geometry”. Chemical Engineering Science, vol. 63, pp. 3886-3897.

[5] Li, C., Li, Y., Wang, L. (2012). “Configuration dependence and optimization of the entrainment performance for gas–gas and gas–liquid ejectors”. Applied Thermal Engineering, vol. 48, pp. 237-248.

[6] Cramers, P., Beenackers, A. (2001). “Influence of the ejector configuration, scale and the gas density on the mass transfer characteristics of gas–liquid ejectors”. Chemical Engineering Journal vol. 82, pp.131-141.

[7] Elgozali, A., Linek, V., Fialova, M., Wein, O., Zahradnı́k, J. (2002). “Influence of viscosity and surface tension on performance of gas–liquid contactors with ejector type gas distributor”. Chemical Engineering Science vol. 57, pp. 2987-2994.

[8] Gamisans, X., Sarrà, M., Lafuente, F.J. (2004). “Fluid flow and pumping efficiency in an ejector-venturi scrubber”. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification vol. 43, pp. 127-136.

[9] Rusly, E., Aye, L., Charters, W., Ooi, A. (2005). “CFD analysis of ejector in a combined ejector cooling system”. International Journal of Refrigeration vol. 28, pp.1092-1101.

[10] Li, M., Christofides, P.D. (2005). “Multi-scale modeling and analysis of an industrial HVOF thermal spray process”. Chemical Engineering Science vol. 60, pp. 3649-3669.

[11] Das, S.K., Biswas, M.N. (2006). “Studies on ejector-venturi fume scrubber”. Chemical Engineering Journal vol. 119, pp. 153-160.

[12] Sriveerakul, T., Aphornratana, S., Chunnanond, K. (2007). “Performance prediction of steam ejector using computational fluid dynamics: Part 1. Validation of the CFD results”. International Journal of Thermal Sciences vol. 46, pp. 812-822.

[13] Sriveerakul, T., Aphornratana, S., Chunnanond, K. (2007). “Performance prediction of steam ejector using computational fluid dynamics: Part 2. Flow structure of a steam ejector influenced by operating pressures and geometries”. International Journal of Thermal Sciences vol. 46, pp. 823-833.

[14] Varga, S., Oliveira, A.C., Diaconu, B. (2009). “Numerical assessment of steam ejector efficiencies using CFD”. International Journal of Refrigeration vol. 32, pp. 1203-1211.

[15] Varga, S., Oliveira, A.C., Diaconu, B. (2009). “Influence of geometrical factors on steam ejector performance–a numerical assessment”. International Journal of Refrigeration vol. 32, pp. 1694-1701.

[16] Zhu, Y., Cai, W., Wen, C., Li, Y. (2009). Numerical investigation of geometry parameters for design of high performance ejectors. Applied Thermal Engineering pp. 29, vol. 898-905.

[17] Chen, W., Chong, D., Yan, J., Liu, J. (2011). Numerical optimization on the geometrical factors of natural gas ejectors. International Journal of Thermal Sciences vol. 50, pp. 1554-1561.

[18] Ruangtrakoon, N., Thongtip, T., Aphornratana, S., Sriveerakul, T. (2012). “CFD simulation on the effect of primary nozzle geometries for a steam ejector in refrigeration cycle”. International Journal of Thermal Sciences.

[19] Zhang, X., Jin, S., Huang, S., Tian, G. (2009). “Experimental and CFD analysis of nozzle position of subsonic ejector”. Frontiers of Energy and Power Engineering in China vol. 3, pp. 167-174.

]20[ موسوی، س.م.ص، (1389)، طراحی و ساخت جت اجکتور، رساله کارشناسی، دانشگاه سمنان.

[21] Hemidi, A., Henry, F., Leclaire, S., Seynhaeve, J.-M., Bartosiewicz, Y. (2009). “CFD analysis of a supersonic air ejector. Part I: Experimental validation of single-phase and two-phase operation”. Applied Thermal Engineering vol. 29, pp. 1523-1531.

[22] Li, X., Wang, T., Day, B. (2010). “Numerical analysis of the performance of a thermal ejector in a steam evaporator”. Applied Thermal Engineering vol. 30, pp. 2708-2717.

[23] Yang, X., Long, X., Yao, X. (2012). “Numerical investigation on the mixing process in a steam ejector with different nozzle structures”. International Journal of Thermal Sciences vol. 56, pp. 95-106.

[24] Fluent 6.3.26 Documentation, Fluent User’s Guide, 2006.