مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مطالعه عددی اثر تغییر همزمان پارامترهای هندسی بر عملکرد اجکتور نیروگاه طوس و انتخاب شرایط بهینه با کمک روش تاگوچی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان
گروه مهندسی مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
چکیده
اجکتورها کاربرد وسیعی در صنعت دارند، از صنایع غذایی گرفته تا سیکل‌های تبرید و صنایع نیروگاهی. از آنجا که کندانسور نیروگاه بخار در شرایط خلا کار می‌کند، همواره مقداری هوا به داخل آن نشت می‌کند که باعث ایجاد خوردگی فلزی و کاهش بازده کندانسور می‌شود. بنابراین از اجکتور برای تخلیه هوای درون کندانسور استفاده می‌شود. به‌ مرور زمان، نشت هوا در کندانسور بیشتر شده که بهبود بازده اجکتور را می‌طلبد. نسبت مکش یکی از تعاریف اصلی برای بازدهی اجکتور است و افزایش آن موجب افزایش بازده اجکتور می‌شود و همچنین به‌طور چشمگیری به هندسه آن وابسته است. هدف این پژوهش بهبود بازده اجکتور نیروگاه طوس با تغییر همزمان دو پارامتر تاثیرگذار موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط است. هندسه اولیه اجکتور توسط نرم‌افزار فلوینت مورد شبیه‌سازی قرار گرفت و اعتبار نتایج با مطالعات آزمایشگاهی و عددی پیشین سنجیده شد. سپس با استفاده از روش تاگوچی و در گام اول، هندسه‌های مختلفی با تغییر همزمان در موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط انتخاب و در نرم‌افزار فلوینت طراحی و شبیه‌سازی شد. انتخاب هندسه‌های گام دوم با تحلیل نمودار سیگنال به نویز برای پارامترهای مذکور و نتایج نسبت مکش در گام اول صورت گرفت و این رویکرد به‌طور مشابه در گام سوم نیز دنبال شد. نتایج نهایی علاوه بر بهبود ۳۴درصدی در نسبت مکش نشان داد که میزان بهینه‌ای برای موقعیت خروجی نازل و زاویه همگرایی محفظه اختلاط وجود دارد که پیرامون آن، نسبت مکش بیشینه حاصل می‌شود.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical Study of Effects of Simultaneous Changes of Geometric Parameters on the Performance of Touss Power Plant Ejector and Selecting Optimal Conditions Using Taguchi Method

نویسندگان English

M.R. Moharreri
H. Ajam
Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran
چکیده English

Ejectors are as widely used as in food industries to refrigeration cycles and power plants. Since condensers of steam power plants are operated in vacuum conditions, there is a continuous air leakage, which results in metal corrosion and reduction in efficiency. Therefore, ejectors are used in these systems to remove the air. Over time, leakage increases, which requires more efficiency of ejector. Entrainment ratio (ER) is defined as the main criterion for ejector efficiency and leads to better performance if increased and also depends considerably on geometry of ejector. The aim of this research is to increase efficiency of ejector of Touss Power Plant by simultaneously changing nozzle exit position (NXP) and converging angle of mixing chamber. The main geometry of ejector was simulated by FLUENT and primary results were validated with experimental and computational data. Then, different geometries with simultaneous change in NXP and converging angle of mixing chamber were selected in the first step of Taguchi method and simulated by FLUENT. Geometries of the second step of Taguchi method were selected and designed based on the results of signal-to-noise ratio for the above-mentioned parameters and the values of entrainment ratio in the first step. An identical approach was followed for the third step. Final results showed 34% increase in entrainment ratio and also revealed that there is an optimum value for NXP and converging angle of the mixing chamber around which the value of entrainment ratio is maximum.

کلیدواژه‌ها English

ejector
Entrainment ratio
Compressible flow
Taguchi
Besagni G, Mereu R, Chiesa P, Inzoli F. An Integrated Lumped Parameter-CFD approach for off-design ejector performance evaluation. Energy Conversion and Management. 2015;105:697-715. [Link] [DOI:10.1016/j.enconman.2015.08.029]
Chen X, Omer S, Worall M, Riffat S. Recent developments in ejector refrigeration technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2013;19:629-651. [Link] [DOI:10.1016/j.rser.2012.11.028]
Fu W, Li Y, Liu Z, Wu H, Wu T. Numerical study for the influences of primary nozzle on steam ejector performance. Applied Thermal Engineering. 2016;106:1148-1156. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2016.06.111]
Lamberts O, Chatelain P, Bartosiewicz Y. Numerical and experimental evidence of the Fabri-choking in a supersonic ejector. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2018;69:194-209. [Link] [DOI:10.1016/j.ijheatfluidflow.2018.01.002]
Sriveerakul T, Aphornratana S, Chunnanond K. Performance prediction of steam ejector using computational fluid dynamics: Part 1. Validation of the CFD results. International Journal of Thermal Sciences. 2007;46(8):812-822.
https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.10.014 [Link] [DOI:10.1016/j.ijthermalsci.2006.10.012]
Maghsoodi A, Afshari E, Ahmadikia H. Optimization of geometric parameters for design a high-performance ejector in the proton exchange membrane fuel cell system using artificial neural network and genetic algorithm. Applied Thermal Engineering. 2014;71(1):410-418. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2014.06.067]
Wang C, Wang L, Wang X, Zhao H. Design and numerical investigation of an adaptive nozzle exit position ejector in multi-effect distillation desalination system. Energy. 2017;140(Part 1):673-681. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2017.08.104]
Zhu Y, Cai W, Wen Ch, Li Y. Numerical investigation of geometry parameters for design of high performance ejectors. Applied Thermal Engineering. 2009;29(5-6):898-905. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2008.04.025]
Wu H, Liu Z, Han B, Li Y. Numerical investigation of the influences of mixing chamber geometries on steam ejector performance. Desalination. 2014;353:15-20. [Link] [DOI:10.1016/j.desal.2014.09.002]
Ariafar K, Buttsworth D, Al-Doori Gh, Sharifi N. Mixing layer effects on the entrainment ratio in steam ejectors through ideal gas computational simulations. Energy. 2016;95:380-392. [Link] [DOI:10.1016/j.energy.2015.12.027]
Thongtip T, Aphornratana S. An experimental analysis of the impact of primary nozzle geometries on the ejector performance used in R141b ejector refrigerator. Applied Thermal Engineering. 2017;110:89-101. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2016.08.100]
Hemidi A, Henry F, Leclaire S, Seynhaeve JM, Bartosiewicz Y. CFD analysis of a supersonic air ejector. Part I: Experimental validation of single-phase and two-phase operation. Applied Thermal Engineering. 2009;29(8-9):1523-1531. [Link] [DOI:10.1016/j.applthermaleng.2008.07.003]
Croquer S, Poncet S, Aidoun Z. Turbulence modeling of a single-phase R134a supersonic ejector. Part 1: Numerical benchmark. International Journal of Refrigeration. 2016;61:140-152.
https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2015.07.030 [Link] [DOI:10.1016/j.ijrefrig.2015.07.029]
Goharimanesh M, Akbari A, Akbarzadeh Tootoonchi A. More efficiency in fuel consumption using gearbox optimization based on Taguchi method. Journal of Industrial Engineering International. 2014;10(2):61-68. [Link] [DOI:10.1007/s40092-014-0061-y]
Goharimanesh M, Javid SM, Bazaz SR, Rostami H. Reducing ice accretion using design of experiments based on Taguchi method. Journal of Applied Science and Engineering. 2017;20(2):165-172. [Link]