بررسی تاثیر فشار بخار محرک بر روی عملکرد و جریان‌های بازگشتی ترموکمپرسور کارخانه قند: اعتبارسنجی و مطالعه عددی

ماشین های کشاورزی

مقاله 9، دوره 12، شماره 3 - شماره پیاپی 25، مهر 1401، صفحه 379-397   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.68318.1010

نویسندگان

عادل رضوانی وند فنائی^* ؛ علی حسن پور؛ علی محمد نیکبخت

گروه مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

ترموکمپرسور یا اجکتور به‌منظور افزایش آنتالپی بخار در صنایع تبدیلی مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه ساخت و تعمیر نگهداری پایین در کنار ساختار ساده آن باعث افزایش کاربرد این تجهیز در زمینه‌های مرتبط با صنعت و کشاورزی شده است. پارامترهای ورودی به ترموکمپرسور شامل مشخصات ترمودینامیکی بخار محرک و بخار مکشی مهم‌ترین عوامل تاثیرگذار بر روی عملکرد یک ترموکمپرسور می‌باشند. در این مطالعه 4 سطح فشار بخار محرک شامل بخار با فشار 3.7 بار، 5 بار، 10 بار و 15 بار به‌عنوان سطوح مختلف فشار ورودی بخار محرک مورد بررسی قرار گرفته است. از مدل آشفتگی k-ε تحقق‌پذیر برای شبیه‌سازی آشفتگی‌های داخل جریان استفاده شده است ویژگی‌های ترمودینامیکی جریان‌های ورودی و تغییرات آن‌ها در خروجی، مانند فشار، سرعت، عدد ماخ و نسبت‌های جرمی به‌ازای فشارهای مختلف بخار محرک استخراج شده و مورد بحث قرار گرفته‌اند. نتایج نشان داد که با در نظر گرفتن پارامترهای عملکردی، عدم وجود جریان‌های بازگشتی و همچنین میزان تقویت فشار و دما، فشار 15 بار بهترین عملکرد را در بین 4 سطح اولیه مورد بررسی به‌خود اختصاص داده است. در استفاده از فشار محرک 15 بار، فشار بخار مکشی 0.1 بار، در خروجی تقویت شد و به مقدار 0.3 بار افزایش پیدا کرد. همچنین دما افزایشی قابل‌توجهی نسبت به جریان مکشی داشت و به مقدار 135 درجه سلسیوس رسید. همچنین با اعمال فشار بخار محرک 15 بار، به‌ترتیب مقادیر 0.59 و 0.41 برای نسبت‌های جرمی محرک و مکشی خروجی دیفیوزر به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

بخار مکشی؛ عدد ماخ؛ فرآوری قند؛ نسبت ورود

مراجع

1. Aphornratana, S., and T. Sriveerakul. 2010. Analysis of a combined Rankine–vapour–compression refrigeration cycle. Energy Conversion and Management 51 (12): 2557-2564. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.04.016.
2. Ariafar, K., and A. Toorani. 2012. Effect of Nozzle Geometry on a Model Thermocompressor Performance. 20^th Annual International Conference on Mechanical Engineering 16-19.
3. Bartosiewicz, Y., Z. Aidoun, and Y. Mercadier. 2006. Numerical assessment of ejector operation for refrigeration applications based on CFD. Applied Thermal Engineering 26: 604-612. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.07.003.
4. Besagni, G., and F. Inzoli. 2017. Computational fluid-dynamics modeling of supersonic ejectors: Screening of turbulence modeling approaches. Applied Thermal Engineering 117: 122-144. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.02.011.
5. Besagni, G. 2019. Ejectors on the cutting edge: The past, the present and the perspective. Energy 170: 998-1003. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.12.214.
6. Bonanos, A. M. 2017. Physical modeling of thermo-compressor for desalination applications. Desalination 412: 13-19. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.03.004.
7. Caliskan, H. 2017. Energy, exergy, environmental, enviroeconomic, exergoenvironmental (EXEN) and exergoenviroeconomic (EXENEC) analyses of solar collectors. Renewable and Sustainable Energy Reviews 69: 488-492. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.203.
8. Chen, Q., M. K. Ja, Y. Li, and K. J. Chua. 2019. Energy, exergy and economic analysis of a hybrid spray-assisted low-temperature desalination/thermal vapor compression system. Energy 166: 871-885. https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.10.154.
9. Dutton, J. C., and B. F. Carroll. 1986. Optimal Supersonic Ejector Designs. Journal of Fluids Engineering 108: 414-420. https://doi.org/10.1115/1.3242597.
10. Huang, B. J., J. M. Chang, C. P. Wang, V. A. and Petrenko. 1999. A 1-D analysis of ejector performance. International Journal of Refrigeration 22 (5): 354-364. https://doi.org/10.1016/S0140-7007(99)00004-3.
11. Inc. ANSYS. 2013. ANSYS FLUENT Theory Guide. Release 182 15317: 373-464.
12. Ji, M., T. Utomo, J. Woo, Y. Lee, H. Jeong, and H. Chung. 2010. CFD investigation on the flow structure inside thermo vapor compressor. Energy 35 (6): 2694-2702. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.12.002.
13. Keenan, J. H. 1942. A simple air ejector. Journal of Applied Mechanics 64: 75-81. https://doi.org/10.1115/1.4009187.
14. MyoungKuk, J., T. Utomo, J. Woo, Y. H. Lee, H. M. Jeong, and H. S. Chung. 2010. CFD investigation on the flow structure inside thermo vapor compressor. Energy 35 (6): 2694-2702. https://doi.org/10.1016/j.energy.2009.12.002.
15. Naimi, S., Gh. Shahgholi, A. Rezvanivand Fanaie, and V. Rotampour. 2019. Numerical Study of Wheat Conveying in Separator Cyclone Using Computational Fluid Dynamics. Journal of Agricultural Machinery 11 (2): 231-246. (In Persian). http://dx.doi.org/10.22067/jam.v11i2.79613.
16. Noori, S. M., and R. Kouhikamali. 2016. CFD-aided mathematical modeling of thermal vapor compressors in multiple effects distillation units. Applied Mathematical Modelling 40: 6850-6868. https://doi.org/10.1016/j.apm.2016.02.032.
17. Rezvanivandefanayi, A., and A. M. Nikbakht. 2015. A CFD Study of the Effects of Feed Diameter on the Pressure Drop in Acyclone Separator. International Journal of Food Engineering 11 (1): 71-77. https://doi.org/10.1515/ijfe-2014-0125.
18. Rezvanivandefanayi, A., A. Hassanpour, and A. M. Nikbakht. 2019. Study of the vapor thermos-compressor to reduce energy consumption in the sugar production line using Computational Fluid Dynamics: Journal of Agricultural Machinery 10 (2): 241-253. (In Persian). http://doi.org/10.22067/jam.v10i2.76872
19. Rezvanivand Fanaei, A., A. M. Nikbakht, and A. Hassanpour. 2021. A Computational-Experimental Investigation of Thermal Vapor Compressor as an Energy Saving Tool for the Crystallization of Sugar in a Sugar Processing Plant. Journal of Food Process Engineering 44 (7): https://doi.org/10.1111/jfpe.13727.
20. Riffat, S. B., and S. A. Omer. 2001. CFD modelling and experimental investigation of an ejector refrigeration system using methanol as the working fluid. International Journal of Energy Research 25: 115-128. https://doi.org/10.1002/er.666.
21. Sabralilou, B., A. Mohebbi, E. Akbarian, A. Rezvanicand fanaei. 2019. Aero-acoustical Study of Axial Fan using Computational Fluid Dynamics. Journal of Agricultural Machinery 10 (2): 255-264. (In Persian). http://doi.org/10.22067/jam.v10i2.74963
22. Sharifi, N., M. Boroomand, and R. Kouhikamali. 2012. Wet steam flow energy analysis within thermo-compressors. Energy 47 (1): 609-619. https://doi.org/10.1016/j.energy.2012.09.003.
23. Sharifi, N., and M. Boroomand. 2013. An investigation of thermo-compressor design by analysis and experiment : Part 2. Development of design method by using comprehensive characteristic curves. Energy Conversion and Management 69: 228-237. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2012.12.034.
24. Sriveerakul, T., S. Aphornratana, and K. Chunnanond. 2007. Performance prediction of steam ejector using computational fluid dynamics: Part 1. Validation of the CFD results. International Journal of Thermal Sciences 46 (8): 812-822. https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2006.10.014.
25. Sun, D. W. 1997. Solar powered combined ejector-vapour compression cycle for air conditioning and refrigeration. Energy Conversion and Management 38 (5): 479-491. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(96)00063-5.
26. Sun, D. W. 1999. Comparative study of the performance of an ejector refrigeration cycle operating with various refrigerants. Energy Conversion and Management 40: 873-884. https://doi.org/10.1016/S0196-8904(98)00151-4.
27. Zhu, J., F. Botticella, and S. Elbel. 2018. Experimental investigation and theoretical analysis of oil circulation rates in ejector cooling cycles. Energy 157: 718-733.
28. Zobeiri, M., V. Rostampour, A. Rezvanivand Fanaei, and A. M. Nikbakht. 2019. Experimental and Numerical investigation of deviation blade effect on sedimentation chamber performance in chickpea harvesting machine. Iran Biosystems Engineering 52: 329-339. (In Persian). DOI: 22059/ijbse.2020.276317.665166.