Υπολογιστική διερεύνηση συμπεριφοράς διαφασικής ροής αέρα-νερού σε σύστημα αγωγών κυκλικής διατομής με διακλάδωση τύπου Τ υπό γωνία 45°

Thumbnail Image
Date
Authors
Ανδρεάκης, Χαράλαμπος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η παρούσα διπλωματική εργασία είχε ως αντικείμενο την τρισδιάστατη υπολογιστική διερεύνηση διφασικής ροής αέρα-νερού που ρέει σε σύστημα αγωγών με διακλάδωση τύπου Τ και προσανατολισμό 45°, για διάφορα σετ ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού. Η εν λόγω υπολογιστική διερεύνηση πραγματοποιήθηκε μέσω μίας σειράς εργαλείων του προγράμματος ANSYS και συγκεκριμένα, των εργαλείων Design Modeler, με τη βοήθεια του οποίου σχεδιάστηκε η διάταξη διαχωρισμού, ANSYS Meshing, με τη βοήθεια του οποίου δημιουργήθηκε το υπολογιστικό πλέγμα και ANSYS Fluent, με τη βοήθεια του οποίου πραγματοποιήθηκε το σύνολο των απαιτούμενων υπολογιστικών προσομοιώσεων. Πιο συγκεκριμένα, εξετάστηκαν εννέα (9) ζεύγη ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού, και ειδικότερα τρεις (3) ογκομετρικές παροχές αέρα με τρεις (3) ογκομετρικές παροχές νερού. Αρχικά, διεξήχθη θεωρητική διερεύνηση που αποσκοπούσε στη φυσικομαθηματική ανάλυση της τυρβώδους ροής, στη μελέτη θεωρητικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την πρόβλεψη της κατανομής των φάσεων μέσα στον αγωγό, καθώς και εμπειρικών μοντέλων που χρησιμοποιούνται για την εκτίμηση της πτώσης πίεσης, αλλά και προτύπων και μοντέλων με βάση τα οποία αντιμετωπίστηκε η διφασική ροή στο λογισμικό ANSYS Fluent. Η θεωρητική διερεύνηση ολοκληρώθηκε με την ανάλυση της λειτουργίας της διακλάδωσης τύπου Τ, τους μηχανισμούς που τη διέπουν και τους τρόπους που οδηγούν στη βελτίωση της απόδοσης της λειτουργίας της. Έπειτα, από αυτό το θεωρητικό μέρος, έλαβε χώρα το υπολογιστικό τμήμα της εργασίας. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκαν όλοι οι προκαταρκτικοί υπολογισμοί για την κατάστρωση του προβλήματος στο πρόγραμμα ANSYS, όπως η εύρεση του μοτίβου ροής, του κλάσματος κενού, κ.λπ. Στη συνέχεια, αφού περιεγράφηκε βήμα προς βήμα η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την κατασκευή της γεωμετρίας στο Design Modeler, του υπολογιστικού πλέγματος στο ANSYS Meshing και της κατάστρωσης του προβλήματος στο περιβάλλον του ANSYS Fluent, προσδιορίστηκε υπολογιστικά, για κάθε εξεταζόμενη περίπτωση, ο βαθμός διαχωρισμού, η βαθμίδα πίεσης στον οριζόντιο κύριο αγωγό της διάταξης διαχωρισμού, αλλά και στην περιοχή της διακλάδωσης, η ταχύτητα του μίγματος και το ποσοστό συμπαράσυρσης της υγρής φάσης, ενώ μέσω της δυνατότητας οπτικοποίησης της ροής των φάσεων εντός του αγωγού αναγνωρίστηκε το αναπτυσσόμενο μοτίβο ροής σε κάθε ροϊκή συνθήκη που εφαρμόστηκε. Τελευταίος στόχος της εργασίας ήταν η αναλυτική παρουσίαση και σύγκριση των θεωρητικών και υπολογιστικών αποτελεσμάτων στα οποία κατέληξε, καθώς και η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων αναφορικά με τη συμπεριφορά της διακλάδωσης τύπου Τ στα διαφορετικά ζεύγη ογκομετρικών παροχών αέρα και νερού που μελετήθηκαν. Τα υπολογιστικά αποτελέσματα που παρατηρήθηκαν παρουσιάστηκαν σε πίνακες αλλά και σε διαγράμματα για την καλύτερη εποπτική θεώρησή τους. Έπειτα, έγινε συγκριτική αξιολόγηση των θεωρητικών με των υπολογιστικών μετρήσεων, έτσι ώστε να εκτιμηθεί η αξιοπιστία και η ακρίβεια των θεωρητικών μοντέλων. Συγκεκριμένα, επιβεβαιώθηκε η ακριβής πρόβλεψη του μοντέλου Chisholm για την πτώση πίεσης και η κακή πρόβλεψης του μοντέλου ροής από τον ροϊκό χάρτη Baker. Τέλος, παρουσιάστηκαν τα σχετικά συμπεράσματα για την λειτουργία της διακλάδωσης ως προς τον βαθμό διαχωρισμού και το ποσοστό συμπαράσυρσης και βρέθηκε το εύρος παροχών για την βέλτιστη λειτουργία της.
Description
Keywords
Διακλάδωση τύπου Τ, Βαθμός διαχωρισμού, Υπολογιστική διερεύνηση, Διφασική ροή, Ποσοστό συμπαράσυρσης υγρής φάσης, Πτώση πίεσης, Μίγμα αέρα νερού
Citation