بخشی از مقاله
چکیده
در یک تحقیق نمونه بر یک مدل چیلر اجکتوری حاوی جریال سیال عامل R141B شبیه سازی شده به روش CFD توسط نرمافزار Ansys-Cfx 15.0 بررسی شده است. با حل معادلات حاکم شامل بقای جرم، مومنتوم، انرژی و معادله حالت ، میزان اثر بخشی پارامترهای عملیاتی سیکل از قبیل دمای ژنراتور، کندانسور و پس فشار بر نسبت جرمی ورودی به اجکتور مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت با مفروضات مقرون به واقعیت و تطابق پارامترهای بدست امده با نتایج آزمایشکاهی، محاسبات بر روی ضریب عملکرد جمع بندی و بررسی شده است.
بر این اساس محقق شد که افزایش دمای ژنراتور باعث کاهش نسبت دبی جرمی مکش و مترتب بر آن ضریب عملکرد شده ، با افزایش دمای اواپراتور، ضریب عملکرد افزایش مییابد. نیز با توجه به تعریف نقطه عطف نمودار فشار برای مطالعه پس فشار، تاثیرگذاری آن بر عملکرد اجکتور در یک هندسه مشخص و سیال عامل خاص، را مورد توجه قرار داده تمرکز را بجای یافتن نقطه بهینه کارکرد بر روی شرایط ورودی سیال به داخل اجکتور تثبیت می نماید.
-1 مقدمه
توسعه تجارت و علم و محدودیت های منابع انرژی و کاهش آثار آلودگی های زیست محیطی، صنعت تهویه مطبوع را بر آن داشته تا با ایجاد راهکارهای جدید، سیستمهای تبرید مرسوم را که از نوع سیکلهای تبرید تراکمی بخار با با وجود ضریب عملکرد بالا و مصرف انرژی و آلودگی زیستمحیطی بالا می باشند را با نیروی محرکه حرارتی بهینه سازی نمایند. سیستم پیشنهادی، تبرید اجکتوری است که مزیت مهم آن، قابلیت استفاده از منابع حرارتیبا سطح دمای نسبتاً پایین از قبیل انرژی گرمایی تلف شده در دود خروجی از وسایل نقلیه و یا انرژی خورشیدی در سیستمهای خنککن هوای مسکونی می باشند.
با حذف عامل کمپرسور در سیکل های تراکمی و جایگزینی یک اجکتور و پمپ می توان سیستم جدیدی را تعریف نمود. از مزایای این سیستم، سادگی و حذف قطعات متحرک، نیاز نداشتن به روغنکاری، هزینههای اولیه و جاری بسیار پایین و همچنین کارکرد بدون صدای آن است که باعث افزایش ضریب اطمینان این سیستم میشود؛ هرچند که از مشکلات اصلی آن میتوان به پایین بودن بازده آن اشاره کرد.
روسلی و همکاران - 1 - یک اجکتور با سیال عامل R141B را مدلسازی و مشاهده کردند که در پاییندست شوکها، جریانهای برگشتی به سمت محفظه مکش ایجاد میشود. حمیدی و همکاران - - 2 مطالعه خویش را بر روی اجکتور هوا معطوف و ملاحظه کردند که مدل k-نتایج بهتری را برای مدلسازی جریان متلاطم فراهم میکند.
پیانسونگ و همکاران - - 3 نشان دادند که استفاده از مدل تقارن محوری اجکتور برای در نظر گرفتن اثر سهبعدی مناسب است و توجه خود را به مطالعه آزمایشگاهی و عددی اجکتور مافوق صوتی معطوف کردند. آنها نتیجه گرفتند که مدل متلاطم RNG 1 برای تخمین پدیدۀ شوک مناسبتر است.
تئوری اختلاط در فشارثابت برای اولین بار توسط کنان و همکاران - - 4 ارائه شد. آنها فشار جریان را در محفظه اختلاط تا بخش سطح مقطع ثابت، یکسان در نظر گرفتند. سلوارج و مانی - - 5 به بررسی اثر ابعاد اجکتور و شرایط عملیاتی بر عملکرد سیکل با سیال عامل R134a به روش آزمایشگاهی پرداختند و مشاهده کردند که دمای ژنراتور، اواپراتور و کندانسور در عملکرد اجکتور، تأثیر به سزایی دارد و با انتخاب مناسب این دماها این دماها میتوان برای اجکتور، به بالاترین مقدار ضریب عملکرد دست یافت.
در سال 2001 هیونگ و همکاران - - 6 عملکرد سیستم تبرید اجکتور خورشیدی را با سه نمونه جمع کنندۀ خورشیدی بررسی کردند. آنها نشان دادند که با انتخاب مناسب دمای ژنراتور با صفحات جمع کنندۀ معمول، یک ضریب عملکرد بهینه برای سیکل به دست میآید. سان - - 7 به بررسی نقش سیال عامل بر عملکرد سیکل پرداخت. وی ملاحظه کرد که از بین سیالات عامل مورد مطالعه، آب کمترین و R152a بیشترین ضریب عملکرد را دارد.
هانگ و همکاران - - 8 یک سیستم تبرید اجکتور خورشیدی با مبرد R141B را توسعه دادند. آنها نشان دادند که عملکرد این سیستم به شدت وابسته به سیال عامل است و ضریب عملکرد سیکل اجکتوری را 0/5 بدست آوردند. لی بالانس - - 9 یک اجکتور با سیال عامل آب ابداع و مشاهده کرد که سیکل دارای ضریب عملکرد پایین است.
چن و همکاران - - 10 با ارائه یک مدل تحلیلی، به ارزیابی عملکرد بهینه اجکتور در چیلر و به دست آوردن هندسه مناسب برای عملکرد بهینه پرداختند. مهر و مومهای عامل در کار آنها فقط دو مبرد R123 و R141B است؛ ولی تأثیر ابعاد اجکتور بر عملکرد آن، بهطور مفصل بررسی شده است.
یو و همکاران - - 11 یک مطالعه تئوری بر چیلر اجکتوری با یک اجکتور دومرحلهای و با مبرد جدید R32 پرداختند و این مبرد را از نظر بهبود ضریب عملکرد چیلر نسبت به مبرد R22 پرداختند و این مبرد را از نظر بهبود ضریب عملکرد چیلر نسبت به مبرد R22 توصیه کردهاند. با توجه به مطالعات اخیر با انتخاب کار مرجع[8] به شبیهسازی یک چیلر اجکتوری پرداخته میشود و اثر دمای ژنراتور و کندانسور بر روی نسبت دبی مکش شده بررسی میگردد.
- 2 چیلر اجکتوری
شکل - - 1 سیکل چیلر اجکتوری را نشان میدهد که بویلر، اجکتور و پمپ، بهجای کمپرسور در چیلرهای تراکمی، استفاده شده است.
شکل - - 1 طرح ترسیمی چیلر اجکتوری
با افزایش دمای سیال مبرد در اثر حرارت انتقالی به آن در ژنراتور و با حرکت سیال اولیه در نازل همگرا- واگرا، مبرد کم فشار را در اواپراتور به حرکت درمیآورد. نتیجه این فرایند، کاهش فشار در اواپراتور بوده که مبرد تبخیر شده و سیال اولیه و ثانویه مخلوط شده به کندانسور وارد میگردد. عمل تقطیر درکندانسور، عموماً در دمای محیط صورت میگیرد. بخشی از سیال مبرد، توسط پمپ به ژنراتور رفته و بخش دیگر، بهوسیله شیر انبساط به اواپراتور وارد میشود. در این سیکل، اجکتور قلب سیستم بوده که به کمک انرژی جنبشی سیال اولیه، سیال ثانویه به حرکت درآورده میشود.
فشار سیال مخلوط شده در خروجی اجکتور، بین فشار سیال اولیه و سیال ثانویه است. طراحی اجکتور، براساس محل قرارگیری نازل به دو روش انجام میشود. با فرض سطح مقطع ثابت برای خروجی نازل اجکتور، اختلاط جریانهای اولیه و ثانویه در این ناحیه صورت میگیرد و تئوری اختلاط در بخش سطح مقطع ثابت استفاده میشود. اگر انتهای نازل در بخش مکش باشد، اختلاط این جریانها در بخش مکش و در فشارثابت است که این روش، به تئوری اختلاط در فشارثابت معروف است. چون اجکتورهای نوع دوم عملکرد بهتری دارند، در این مقاله، از مدل اختلاط در فشارثابت استفاده شده است
- 3 معادلات حاکم
تغییرات سرعت و فشار استاتیک در طول اجکتور در شکل - - 2 نشان داده می شود. سیال اولیه با فشار زیاد وارد نازل اولیه میشود و سپس در این نازل شتاب گرفته تا در خروجی نازل، جریان بهسرعت مافوق صوت برسد. سیال اولیه در نازل اجکتور، تا فشار - P2 - به صورت ایزنتروپیک منبسط شده و با سیال ثانویه در فشار ثابت و در محفظه اختلاط، مخلوط میگردد. اختلاط تا قبل از ورود به ناحیه قطر ثابت کامل میشود و سیال مخلوط شده با همان فشار - P3 = P2 - با سرعت مافوق صوت به ناحیه قطر ثابت وارد میگردد. در این ناحیه بواسطه حضور یک شوک قائم، که اثر تراکمی قوی بر سیال دارد، فشار تا - P5 - افزایش مییابد و سیال با سرعت مادون صوت به دیفیوزر وارد شده، تا - Pc - متراکم میگردد.
شکل - : - 2 تغییرات سرعت و فشار استاتیک را در طول اجکتور نشان میدهد.
پارامترهای مختلفی برای بیان عملکرد اجکتور استفاده میشود که دو پارامتر مهم عبارتند از:
نسبت تراکم Cr = Pc / Pe
نسبت جرمی w = me / mp
نسبت جرمی اجکتور تابعی از هندسه و شرایط عملکرد اجکتور بوده و متناسب با ضریب عملکرد چیلر - - COP، افزایش مییابد. نسبت تراکم با دمای کندانسور در سیکل، محدود میگردد
