حل عددی جریان مایع-بخار با استفاده از روش تفکیک شار در مجاری با مقطع متغیر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشجوی دکترا، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی شریف

چکیده

هدف از این مطالعه بررسی حل عددی جریان دوفاز مایع- بخار با روش تفکیک بردار شار در مجاری با سطح مقطع متغیر است. از مدل همگن تعادلی برای مدل‌سازی جریان دوفاز مایع- بخار در داخل یک نازل همگرا-واگرا استفاده شده است. جریان بصورت آدیاباتیک همراه با اصطکاک و خواص سیال با استفاده از جداول ترمودینامیک محاسبه شده است. حل عددی معادلات با روش تفکیک بردار شار و بصورت صریح انجام شده است. نتایج نشان می دهند که رفتار تغییرات کیفیت بخار بستگی به مقدار ورودی دارد بطوریکه باکیفیت ورودی بالا (73/0)رفتار کیفیت بخار در طول نازل قبل از موج ضربه ای ماهیت تقطیری و پس از عبور از آن ماهیت تبخیری دارد. در حالی که با کیفیت ورودی پایین (17/0) رفتار کیفیت بخار در طول نازل قبل از موج ماهیت تبخیری و بعد از آن ماهیت تقطیری دارد. بعلاوه باکیفیت ورودی بیش از 7/0 نتایج فشار تطابق بسیار خوبی با مقادیر تجربی دارد و بیشینه اختلاف بین نتایج عددی و نتایج تجربی کمتر از 5 درصد و نزدیک به محل گلوگاه رخ می دهد. با کاهش کیفیت ورودی، اختلاف فشار بین نتایج عددی و تجربی افزایش یافته و برای کیفیت ورودی 17/0 بیشینه اختلاف بین آن ها در پایین دست گلوگاه رخ داده و مقدار آن حدود 25 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Numerical Solution of Liquid-Vapor Flow in Variable Cross-Section Ducts by Using Flux Vector Splitting Method

نویسندگان [English]

  • Ali Nouri 1
  • Ardalan Shafiei Ghazani 2
1
2 Ph.D. Candidate-Faculty of Mechanical Engineering- Sharif University of Technology
چکیده [English]

The purpose of this study is to simulate numerically water-vapor two-phase flow in ducts with variable cross-section. The homogeneous equilibrium model is used to describe the two-phase in a converging-diverging nozzle with the inlet vapor quality in the rage of 0. 05

کلیدواژه‌ها [English]

  • Liquid-vapor flow two-phase flow
  • homogeneous equilibrium model
  • converging-diverging nozzle
  • flux vector splitting
[1] حمیدی، صباح؛ کرمانی، محمد جعفر؛ بهشتی امیری، حسین؛ ”شبیه سازی عددی جریان دوفاز حدود صوت حاوی شوک در نازل همگرا-واگرا“، نشریه علمی-پژوهشی امیرکبیر )مهندسی مکانیک(،سال چهل و پنجم، شماره 1، صفحات 15 تا 27 ، تابستان 1392 .
[2] Clerc, S., “Numerical simulation of the homogeneous equilibrium model for two-phase flows”, Journal of
Computational Physics, Vol. 161, No. 1, pp. 354– 375,2000.
[3] Hejranfar, K., Kamali-Moghadam, R., “Preconditioned characteristic boundary conditions for solution of the
preconditioned Euler equations at low Mach number flows”, Journal of Computational Physics, Vol. 231,No. 12, pp. 4384– 4402, 2012.
[4] Edwards, J. R., Franklin, R. K., & Liou, M. S., “Lowdiffusion flux-splitting methods for real fluid flows
with phase transitions”, AIAA journal, Vol. 38, No. 9,pp. 1624– 1633, 2000.
[5] Ihm, S.W., and Kim, C., “Computations of homogeneous-equilibrium two-phase flows with accurate and efficient shock-stable schemes”, AIAA journal, Vol. 46, No. 12, pp. 3012– 3037, 2008.
[6] Halama, J., Benkhaldoun, F., and Fořt, J., “Numerical modeling of two-phase transonic flow. Mathematics
and Computers in Simulation”, Vol. 80, No. 8, pp.1624– 1635, 2010.
[7] Kim, J. S., & Dunsheath, H. J., “A Homogeneous Equilibrium Model Improved for Pipe Flows”,Proceedings of the World Congress on Engineering and Computer Science, 2010.
[8] Faccanoni, G., Kokh, S., and Allaire, G., “Modelling and simulation of liquid-vapor phase transition
in compressible flows based on thermodynamical equilibrium”. ESAIM: Mathematical Modelling and
Numerical Analysis, Vol. 46, No. 5, pp. 1029– 1054,2012.
[9] Bernard-Champmartin, A., Poujade, O., Mathiaud,J., Ghidaglia, J. M., “Modelling of an homogeneous
equilibrium mixture model (HEM)”, Acta applicandae mathematicae, Vol. 129, No. 1, pp. 1– 21, 2014.
[10] Fernandes, J.L.M., “Correlations for fast computation of thermodynamic properties of saturated water and
steam”, International journal of energy research, Vol.19, No. 6, pp. 507– 514, 1995.
[11] Ghiaasiaan, S.M., “Two-phase flow, boiling, and condensation: in conventional and miniature systems”.
Cambridge University Press, 2007.
[12] Pletcher, R. H., Tannehill, J. C., & Anderson, D.,“Computational fluid mechanics and heat transfer”,
CRC Press, pp. 373– 378, 2012.
[13] Behbahani-Nejad, M., Shekari, Y., “The accuracy and efficiency of a reduced-order model for transient
flow analysis in gas pipelines”, Journal of Petroleum Science and Engineering, Vol. 73, No. 1, pp. 13– 19,
2010.
[14] Zhao, J., He, P., and Tang, H., “Steger–Warming flux vector splitting method for special relativistic
hydrodynamics”, Mathematical Methods in the Applied Sciences, Vol. 37, No. 7, pp. 1003– 1018,
2014.
[15] Chen, M., Jiao, G. W., Deng, S. S., & Wang, J. H.,“Flux vector splitting solutions for coupling hydraulic
transient of gas-liquid-solid three-phase flow in pipelines”, Applied Mathematics and Mechanics, Vol.
34, pp. 811– 822, 2013.
[16] Hirsch, C., “Numerical Computation of Internal and External Flows: The Fundamentals of Computational
Fluid Dynamics: The Fundamentals of Computational Fluid Dynamics”, Vol. 1, pp. 579– 583, Butterworth-
Heinemann, 2007.
[17] Städtke, H., “Gasdynamic Aspects of Two-Phase Flow: Hyperbolicity, Wave Propagation Phenomena
and Related Numerical Methods”, John Wiley & Sons, pp. 188– 190, 2006.
[18] De Vuyst, F., Ghidaglia, J. M., and Le Coq, G., “On the numerical simulation of multiphase water flows
with changes of phase and strong gradients using the Homogeneous Equilibrium Model”, Journal on Finite
Volumes, Vol. 2, No. 1, pp. 1– 36, 2005.