مدل سازی عددی و بهینه سازی هندسی اجکتور تک‌فاز مافوق صوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی ، دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشکده ی مهندسی مکانیک و انرژی، دانشگاه شهید بهشتی

10.24200/j40.2021.57003.1567

چکیده

در پژوهش حاضر عملکرد اجکتور تک‌فازی مافوق صوت با سیال کاری هوا در نرم‌افزار انسیس به‌صورت دوبعدی شبیه‌سازی شده است. هدف کار بررسی میدان‌های سرعت، فشار، رژیم جریان خروجی از نازل اولیه و نسبت مکش در شرایط مختلف عملکردی است. سپس برای رسیدن به بازده بیشتر، هندسه‌ی اجکتور با استفاده از الگوریتم چندهدفه‌ی ژنتیک بهینه‌سازی شده است. بهینه‌سازی با در نظر گرفتن اثر ۴ پارامتر هندسی شامل قطر خروجی نازل اولیه، فاصله‌ی خروجی نازل اولیه تا ورودی قسمت اختلاط سطح مقطع ثابت، قطر و طول قسمت اختلاط مقطع ثابت انجام شده است. نتایج تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که قطر قسمت اختلاط مقطع ثابت بیشترین تأثیر را بر روی دو تابع هدف نسبت مکش و نسبت فشار دارد. همچنین پس از بهینه‌سازی هندسه‌ی اجکتور مورد مطالعه، میزان نسبت مکش در حالت خفگی ۱۱٫۸ درصد و دامنه‌ی کارکرد آن ۵ درصد افزایش یافته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical modeling and geometric optimization of single-phase supersonic ejector

نویسندگان [English]

  • N. Nabatian 1
  • M. Shirazi 2
  • S. Jafarzadeh Kenari 2
1 D‌e‌p‌t. o‌f M‌e‌c‌h‌a‌n‌i‌c‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g S‌h‌a‌h‌i‌d B‌e‌h‌e‌s‌h‌t‌i U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
2 D‌e‌p‌t. o‌f M‌e‌c‌h‌a‌n‌i‌c‌a‌l E‌n‌g‌i‌n‌e‌e‌r‌i‌n‌g S‌h‌a‌h‌i‌d B‌e‌h‌e‌s‌h‌t‌i U‌n‌i‌v‌e‌r‌s‌i‌t‌y
چکیده [English]

In the present study, the performance of the 2D single-phase supersonic ejector with working fluid of air is simulated in ANSYS CFX. The aim is to investigate the velocity field, pressure distribution, primary nozzle flow regime, and entertainment ratio in different operational conditions. The primary pressure inlet with bar and the secondary inlet as an opening with bar at different outlet pressures are simulated. The turbulence model is used. The sidewalls are considered symmetry boundary conditions and the no-slip condition is applied to the ejector walls. Then, the ejector geometry is optimized using Multi-Objective Genetic Algorithm (MOGA) in order to reach greater efficiency. Optimization is performed considering geometric parameters including primary nozzle exit diameter, nozzle exit position, diameter, and length of the constant area section.
Sensitivity analysis results show that the diameter of constant area section has major effect on the entertainment and pressure ratios as two objective functions. The nozzle exit position and external diameter of primary nozzle are the second and third dominant parameters that respectively influence the performance of the ejector, while the effect of constant area section length is negligible. Results indicate that by increasing the pressure ratio, the shock train moves upstream and at the design point, the last oblique shock is located in the exit of the constant area section, letting the remaining pressure recovery be done in the subsonic diffuser which reduces the pressure losses and increases the efficiency. Above the critical pressure ratio, due to the movement of the shock train to upstream weakening the shock strength, the suction pressure increases. Then, the pressure difference is reduced, leading to the lower secondary mass flow suction. The optimized ejector in the double choking condition has a % higher entertainment ratio and its operational range is enhanced by percent in comparison to the original geometry.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Single phase ejector
  • 2D simulation
  • multi-objective Genetic Algorithm
  • sensitivity analysis