ارائه‌کننده: حسن مسعودی راد

استاد راهنما: دکتر مهدی معرفت و دکتر رضا مداحیان

استاد ناظر داخلی اول: دکتر محمد ضابطیان طرقی

استاد ناظر داخلی دوم: دکتر علی جعفریان دهکردی

استاد ناظر خارجی اول: دکتر امیر نجات

استاد ناظر خارجی دوم: دکتر مهرزاد شمس

تاریخ: 1405/07/19

ساعت: 15:00

مکان: دانشکده مهندسی مکانیک، طبقه اول، اتاق 154

چکیده:

ورود قطرات آب به کمپرسورهای محوری می‌تواند از طریق برهم‌کنش‌های مومنتومی، حرارتی و جرمی، ساختار جریان و عملکرد کمپرسور را تحت تأثیر قرار دهد. در شرایط واقعی، بخشی از قطرات پس از حرکت در جریان گاز با پره‌ها و دیواره‌ها برخورد کرده و علاوه بر تبخیر، موجب پاشش ثانویه و تشکیل فیلم مایع بر روی سطوح جامد می‌شوند. هدف این پژوهش، توسعه یک چارچوب عددی برای شبیه‌سازی زنجیره کامل برهم‌کنش قطرات آب با جریان تراکم‌پذیر در کمپرسور محوری، از حرکت و تبخیر قطرات تا برخورد با دیواره، تشکیل فیلم و اثر آن بر عملکرد کمپرسور است. در این پژوهش، جریان گاز به‌صورت اویلری و حرکت قطرات به‌صورت لاگرانژی مدل‌سازی شده و تبادل مومنتوم، حرارت و جرم، تبخیر و فرآیندهای مرتبط با حرکت و شکست قطرات در نظر گرفته شده‌اند.

 چارچوب توسعه‌یافته با داده‌های عملکردی و ساختار جریان روتور 37 در شرایط خشک و همچنین داده‌های تجربی مستقل برای رفتار اسپری ارزیابی شد و توانایی مناسبی در بازتولید ویژگی‌های اصلی جریان و حرکت قطرات نشان داد. ابتدا، اثر تزریق موضعی آب در ناحیه نوک پره روتور 37 در شرایط نزدیک به واماندگی بررسی شد. در حالت تزریق پایه، دبی جرمی حدود 3 درصد و راندمان آدیاباتیک حدود 5 درصد افزایش یافت، در حالی که تغییر نسبت فشار کل محدود بود. مقایسه شرایط تبخیری و غیرتبخیری نشان داد که سازوکار غالب بهبود عملکرد، تبادل مومنتوم قطرات و جریان در ناحیه نوک پره است و تبخیر و خنک‌کاری موضعی نقش تکمیلی دارند. تزریق آب با تضعیف و بازآرایی گردابه نشت نوک پره، کاهش بازچرخش مجاور کیسینگ و کاهش انسداد و اعوجاج جریان، موجب بهبود ظرفیت عبور جریان در نزدیکی واماندگی شد. پاسخ جریان در مقیاس زمانی چند میلی‌ثانیه‌ای نیز قابلیت این سازوکار را برای کنترل سریع جریان نشان داد.

 همچنین، رفتار قطرات پس از برخورد با سطوح و تشکیل فیلم مایع با استفاده از مدل فیلم لاگرانژی و مدل اصلاح‌شده نیکولایدیس بررسی شد. نتایج نشان داد که فیلم لاگرانژی توزیعی گذرا و ناهمگن ارائه می‌دهد، در حالی که مدل نیکولایدیس میدان پیوسته‌تری از ضخامت و سرعت فیلم پیش‌بینی می‌کند. اختلاف دو رویکرد عمدتاً ناشی از تفاوت در مدل‌سازی برخورد و نشست قطرات و انتقال فیلم است و حذف ترم‌های اینرسی فیلم به‌تنهایی قادر به توضیح این اختلاف نیست. در ادامه، اثر فیلم بر عملکرد کمپرسور با تبدیل ضخامت فیلم به زبری معادل و اعمال موضعی آن بر سطح پره بررسی شد. همچنین اثر دما و رطوبت بر تبخیر و مایع باقی‌مانده ارزیابی گردید. نتایج نشان داد که افزایش میزان آب، به‌ویژه در مقادیر بالاتر، موجب افزایش تجمع و گسترش فیلم شده و اثرات عملکردی آن عمدتاً در دبی‌های پایین و ناحیه نزدیک به واماندگی آشکار می‌شود.

 در مجموع، اثر آب در کمپرسور محوری حاصل برهم‌کنش زنجیره‌ای میان تبادل مومنتوم قطره–گاز، تبخیر، تغییر ساختار جریان نوک پره، برخورد قطرات و تشکیل فیلم مایع است. چارچوب توسعه‌یافته امکان تحلیل پیوسته این فرآیندها و ارزیابی هم‌زمان اثر تزریق آب و پیامدهای تشکیل فیلم بر عملکرد کمپرسور را فراهم می‌کند و می‌تواند مبنایی برای تحلیل سامانه‌های تزریق آب و راهکارهای کنترل جریان در کمپرسورهای محوری باشد.