مدل سازی عددی اثر دما و فشار ورودی بر چگالش بخار و تولید آنتروپی در جداساز فشار بالا

جداساز فراصوت گاز - مایع یک نازل همگرا - واگرا است که میعان و تغییر فاز در سرعت های بالاتر از صوت از خصوصیات عملکرد این دستگاه می باشد. جریان سیال، انتقال جرم و حرارت در جداسازهای فراصوت به دلیل بر هم کنش پیچیده جریان فراصوت و تغییر فاز به خوبی درک نشده است. در این پژوهش، از معادله حالت گاز ویریال و یک مدل ریاضی برای پیش بینی دقیق پدیده چگالش خود به خودی با استفاده از نظریه های هسته زایی و رشد قطره استفاده شده است. شعاع متوسط قطره و توزیع فشار حاصل شده از مدل عددی به خوبی با داده های تجربی سازگار است. نتایج نشان داد با 3/5% کاهش دمای ورودی در فشار ثابت، شعاع متوسط قطره های خروجی بیش از 40% افزایش یافت. همچنین، با حدود 40% افزایش فشار ورودی در دمای ثابت، بیش ترین کسر جرمی مایع بیش از 90% افزایش یافت. بنابراین، استفاده از دمای پایین و فشار بالا در ورودی به منظور بهبود راندمان جداسازی ضروری است. همچنین، کم ترین میزان نرخ تولید آنتروپی ناشی از تغییرات دما مربوط به بیش ترین فشار و کم ترین دما بوده و کم ترین میزان نرخ تولید آنتروپی ناشی از تغییرات فشار مربوط به کم ترین دما و فشار است. محاسبه عدد بیجان نشان داد که برگشت ناپذیری تحت تاثیر اثرات اصطکاک سیال در مقایسه با انتقال حرارت غالب است.