4-3 شرایط مرزی حاکم بر مسئله……………………………………………………………………………………………………58

فصل پنجم: بررسی نتایج حل عددی
5-1 بررسی استقلال نتایج عددی از مش بندی……………………………………………………………………………… 61
5-2 مقایسه نتایج عددی با تجربی و اعتبار دهی به نتایج عددی…………………………………………………. 61
5-3 تحلیل جریان درون اجکتور……………………………………………………………………………………………………. 63
5 – 3 – 1 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات ماخ ……………………………………………….. 67
5 – 3 – 2 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات فشار …………………………………………….. 73
4 – 3 – 3 بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه بر تغییرات دمایی ……………………………………………… 78
پیشنهادات ……………………………………………………………………………………………………………………………………………… 83
فهرست مراجع ……………………………………………………………………………………………………………………………………….. 84
فهرست اشکال
شکل 2-1: نمونه یک اجکتور و بخش های مختلف آن…………………………………………………………………..5شکل 2-2: نمودار تغییرات سرعت و فشار در طول اجکتور…………………………………………………………….11شکل 2-3: منحنیهای طراحی برای اجکتورهای تکمرحلهای………………………………………………………12شکل 2-4: یک نمونه ترموکمپرسور…………………………………………………………………………………………………18شکل 2-5: منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور…………………………….23شکل 2-6: اجکتور تک مرحله ای …………………………………………………………………………………………………..24شکل 2-7: اجکتور دو مرحله ای با کندانسورهای داخلی بارومتریک……………………………………………..24شکل 2-8: اجکتور دو مرحله ای با کندانسور سطحی…………………………………………………………………….25شکل 2-9: منحنی محاسبه مقدار بخار مورد نیاز بر حسب فشار مکش اجکتور ………………………….. 26شکل 2-10: منحنی تخمین مقدار بخار مورد نیاز اجکتورها………………………………………………………….27شکل 2-11: منحنی ظرفیت اجکتور تک مرحله ای………………………………………………………………………29شکل 2-12: فاکتورهای اصلاحی اجکتور تک مرحله ای…………………………………………………………………29شکل 2-13 منحنی ظرفیت اجکتور دو مرحله ای………………………………………………………………………….30شکل 2-14: فاکتورهای اصلاحی اجکتور دو مرحله ای………………………………………………………………….31شکل 2-15 فشار مکش اجکتور بر حسب میزان مصرف بخار با فشار psig 100………………………….32شکل 2-16: تعیین فاکتور K…………………………………………………………………………………………………………..32شکل 2-17: تعیین فاکتور فشار F …………………………………………………………………………………………………33شکل 2-18 نمودار کمینه پسفشار بر حسب بیشینه فشار تخلیه …………………………………………….33شکل 2-19: تعیین تعداد اجکتورهای لازم برای ایجاد خلأ مورد نیاز ……………………………………………36شکل 2-20 نمودار تعیین پسفشار مطلق……………………………………………………………………………………….37شکل 2-21: تعداد پیش کندانسور، کندانسورهای میانی و کندانسور انتهایی ……………………………….38شکل 2-22: نمودار تخمین اولیه مقدار هوای نفوذی استفاده ……………………………………………………….40شکل 2-23: یک نمونه از کاربرد اجکتور در سیکل تبرید……………………………………………………………….45شکل 4-1: نمای شماتیک اجکتور و توزیع فشار در آن……………………………………………………………………52شکل 4-2: الگوریتم حل تفکیکی بکار گرفته شده در حل معادلات……………………………………………….55شکل 4-3: مدل عددی ساخته شده در نرم افزار گمبیت………………………………………………………………..57شکل 5-1: مطالعه استقلال از مش بندی بر مبنای نسبت مکش ………………………………………………….61شکل 5-2: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج تحلیلی کومار در راستای خط مرکز………..62شکل 5-3: مطابقت نتایج حاصل از حل عددی با نتایج آزمایشگاهی کومار در راستای خط مرکز..62شکل 5-4: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (فشار ثانویه 1/0 بار)….64شکل 5-5: نمایش دو بعدی بردارهای سرعت در ناحیه اختلاط دو جریان (فشار ثانویه 1 بار)…….. 64شکل 5-6: تغییرات عدد ماخ در راستای محور تقارن اجکتور………………………………………………………….65شکل 5-7: تغییرات ماخ در تمامی نواحی اجکتور…………………………………………………………………………..65شکل 5-8: تغییرات فشار استاتیکی در تمامی نواحی اجکتور………………………………………………………..66شکل 5-9: شکل شماتیک تغییراتماخ و موج ضربه ای در اجکتور………………………………………………..67شکل 5-10: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 8/0 بار در ناحیه اختلاط……………………………….68شکل 5-11: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 1 بار در ناحیه اختلاط…………………………………..68شکل 5-12: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 2/1 بار در ناحیه اختلاط……………………………….69شکل 5-13: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 4/1 بار در ناحیه اختلاط………………………………..69شکل 5-14: نمایش تغییرات ماخ برای فشار ثانویه 5/1 بار در ناحیه اختلاط………………………………..70شکل 5-15: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار………………………………………..70شکل 5-16: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار……………………………………………71شکل 5-17: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار………………………………………..71شکل 5-18: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار………………………………………..72شکل 5-19: نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار………………………………………..72شکل 5-20 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 8/0 بار…………………………………………………………73شکل 5-21 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 1 بار…………………………………………………………….74شکل 5-22 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 2/1 بار…………………………………………………………74شکل 5-23 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 4/1 بار…………………………………………………………75شکل 5-24 : کانتور فشار استاتیکی برای فشار ثانویه 5/1 بار…………………………………………………………75شکل 5-25 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 8/0 بار……………………………………….76شکل 5-26 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 1 بار…………………………………………..76شکل 5-27 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 2/1 بار……………………………………….77شکل 5-28 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 4/1 بار……………………………………….77شکل 5-29 : نمودار ماخ در راستای خط مرکز برای فشار ثانویه 5/1 بار……………………………………….78شکل 5-31 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 8/0 بار……………………………………………………………………….79شکل 5-32 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 1بار……………………………………………………………………………79شکل 5-33 : کانتور دمایی برای فشار ثانویه 2/1 بار……………………………………………………………………….80شکل 5-34 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 4/1 بار………………………………………………………………………..80شکل 5-35 :کانتور دمایی برای فشار ثانویه 5/1 بار………………………………………………………………………..81
فهرست جداول
جدول 1-1 کاربرد انواع اجکتورها ……………………………………………………………………………………………………20جدول 1-2: مقادیر شدت هوای نفوذی …………………………………………………………………………………………..42جدول 1-3: عیبیابی اجکتور…………………………………………………………………………………………………………..44جدول 3-1: ابعاد هندسی اجکتور مدل شده……………………………………………………………………………………58

فصل اول
مقدمه
1-1 مقدمه
با توجه به میزان خلأ مورد نیاز، خلأسازی توسط انواع گوناگون پمپهای خلأ و یا اجکتور صورت میگیرد. پمپ خلأ، دستگاهی است که قادر است، بخارات سیّال را مکش نموده و ایجاد خلأ نسبی نماید. این نوع پمپها دارای انواعی چون جابجایی، پمپهای انتقال مومنتوم و پمپهای تلهای میباشد. اجکتور وسیله ای میباشد که قادر است با ایجاد خلأ، جریان گاز، مایع و یا جامد را انتقال دهد. اجکتور در واقع نوعی پمپ خلأ است و تنها تفاوت آن این است که اساس کار آن بر پایه تبدیل انرژی سرعتی و فشاری به یکدیگر میباشد. قسمتهای اصلی اجکتور، شامل نازل سیال محرک، محفظه سیال محرک، بخش مکش و دیفیوزر می باشد. در یک اجکتور جهت ایجاد خلأ از یک سیال پر فشار (سیال محرک) استفاده میشود. این سیال که میتواند بخار، هوا و یا آب باشد از طریق نازل وارد اجکتور میشود و در حین عبور از نازل، انرژی فشاری آن به انرژی سرعتی تبدیل میشود. این امر سبب میشود سرعت سیال افزایش یافته، فشار آن افت کند و در خروجی نازل اصطلاحاً ایجاد جت یا مکش نماید. به این ترتیب سیالی که قرار است مورد مکش قرار گیرد، از قسمت مکش به سمت محفظه اجکتور کشیده میشود و با سیال محرک مخلوط میگردد. مخلوط سیال محرک و سیال مکش یافته پس از گذشتن از بخش دیفیوزر، در اثر تبدیل انرژی سرعتی به فشاری، با فشار زیاد از اجکتور خارج میگردد.
در این مطالعه با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی به بررسی تأثیر فشار ورودی ثانویه به دستگاه اجکتور و تأثیر تغییرات این پارامترها بر رفتار سیال از جمله فشار و عدد ماخ پرداخته می شود. معادلات بنیادی میدان جریان بوسیله کد استاندارد نرم افزار فلوئنت و با یک مدل تراکم پذیر دو بعدی متقارن محوری و توربولانس با مدل استاندارد k-? حل گردیدهاند. به منظور درک و بررسی تأثیر پارامتر های فوق الذکر بر رفتار سیال، به ازای فشار های مختلف ورودی ثانویه، نتایج استخراج و تحلیل میشوند.

1-2 ساختار پایان نامه
در این رساله که مشتمل بر شش فصل می باشد، در فصل دوم به معرفی دستگاه اجکتور، اساس عملکرد اجکتور ساختار و کاربردها، مزایا و معایب آن، تعیین نسبت سطح مقطع گلوگاه دیفیوزر به گلوگاه نازل و تعیین سایز اجکتور و میزان بخار مورد نیاز بعنوان سیال محرک در اجکتورهای تک مرحلهایی و دو مرحله ای پرداخته شده است. در فصل سوم به تاریخچه ای از کارهای انجام شده مرتبط با آن ذکر خواهد شد. در فصل چهارم به بررسی معادلات حاکم و روش عددی به کار رفته در این پایان نامه پرداخته خواهد شد. در فصل پنجم نتایج بدست آمده از تحلیل نرم افزاری به بحث و بررسی گذاشته می شود. نهایتا فصل ششم به نتیجه گیری کلی و پیشنهادات برای کارهای آتی اختصاص دارد.
فصل دوم
معرفی اجکتور و کاربردهای آن
مقدمه
با توجه به میزان خلأ مورد نیاز، خلأسازی توسط انواع گوناگون پمپهای خلأ و یا اجکتور صورت میگیرد. پمپ خلأ، دستگاهی است که قادر است، بخارات سیّال را مکش نموده و ایجاد خلأ نسبی نماید. این نوع پمپها دارای انواعی چون جابجایی، پمپهای انتقال مومنتوم و پمپهای تلهای میباشد.
اجکتور یا اینجکتور، وسیله ای است که قادر میباشد با ایجاد خلأ، جریان گاز، مایع و یا جامد مانند پودر، گرانول و لجن را انتقال دهد، که البته براساس نوع کاربری که میتواند ایجاد خلأ به تنهایی، انتقال مواد، اختلاط مواد و … باشد، به آن ترموکمپرسور، ادکتور یا مکنده هیدرولیکی (Hydraulic exhauster) نیز گفته میشود، و لیکن اساس عملکرد آنها یکسان میباشد. اجکتور در واقع نوعی پمپ خلأ است و تنها تفاوت آن این است که اساس کار آن بر پایه تبدیل انرژی سرعتی و فشاری به یکدیگر میباشد. قسمتهای اصلی اجکتور، شامل نازل سیال محرک، محفظه سیال محرک، بخش مکش و دیفیوزر می باشد که در شکل 2-1 یک نمونه اجکتور به همراه اجزای تشکیل دهنده آن نمایش داده شده است.
شکل 2-1 نمونه یک اجکتور و بخش های مختلف آن [1]
در یک اجکتور جهت ایجاد خلأ از یک سیال پر فشار (سیال محرک) استفاده میشود. این سیال که میتواند بخار، هوا و یا آب باشد از طریق نازل وارد اجکتور میشود و در حین عبور از نازل، انرژی فشاری آن به انرژی سرعتی تبدیل میشود. این امر سبب میشود سرعت سیال افزایش یافته، فشار آن افت کند و در خروجی نازل اصطلاحاً ایجاد جت یا مکش نماید. به این ترتیب سیالی که قرار است مورد مکش قرار گیرد، از قسمت مکش به سمت محفظه اجکتور کشیده میشود و با سیال محرک مخلوط میگردد. مخلوط سیال محرک و سیال مکش یافته پس از گذشتن از بخش دیفیوزر، در اثر تبدیل انرژی سرعتی به فشاری، با فشار زیاد از اجکتور خارج میگردد.
اجکتورها در مقایسه با پمپهای خلأ دارای هزینه اولیه و تعمیر کمتر و نگهداری سادهتری میباشد و از آنجا که اجکتورها هیچ قسمت متحرکی ندارند، بنابراین در صورت عدم وجود خوردگی نیاز به تعمیر پیدا نمیکنند. نصب اجکتورها بسیار آسان است و کنترل عملیات نیز ساده میباشد. یکی از خصوصیات اجکتور، اختلاط سیال محرک با سیال فرایندی است که در طراحی فرایند اهمیت داشته و لازم است مورد توجه قرار گیرد. لازم به ذکر است اجکتورها قابلیت انتقال مواد جامد و دوفازی را نیز دارند و این در حالیست که پمپهای خلأ قادر به انجام این کار نیستند. پمپ های خلأ در مقایسه با اجکتورها دارای محاسن زیر هستند:
شرایط بخار تغذیه هیچ تأثیری بر روی سیستم عملکرد پمپ ندارد.
راه اندازی حتی در صورت نبود بخار نیز انجام پذیر است.
سیستم پمپ خلأ قابلیت عملیات کاملاً اتوماتیک را دارد.
سرعت عملیاتی پمپ خلأ بسیار بالاست.
عدم اختلاط سیال فرایندی با بخار یا ناخالصیهای دیگر.
به طور کلی موارد مصرف اجکتورها در سه دسته کلی قابل توصیف میباشند:
ایجاد خلأ
انتقال مواد که شامل پمپاژ، تهویه و …می شود.
ایجاد اختلاط بین مواد که به منظور افزایش فشار سیالات یا تبادل حرارت بین آنها میباشد.
اساس عملکرد اجکتور
اساس کار اجکتور بر پایه اصل اولر میباشد. بر طبق اصل اولر، مقدار انرژی یک جریان پایدار و بدون لزجت، ثابت بوده و مقدار آن برابر است با مجموع انرژی جنبشی، انرژی پتانسیل و انرژی فشاری.
2-1V^2/2+gz+???dP/?=C?براساس قانون بقای انرژی، این مقدار انرژی در صورت عدم اتلاف در اثر اصطکاک همواره مقداری ثابت است. اگر در جایی بدلیل تغییر سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یابد، این مقدار انرژی به انرژی فشاری تبدیل میگردد و بالعکس با افزایش سرعت، فشار کاهش مییابد.
افزایش و کاهش سرعت سیال در تجهیزاتی که سطح مقطع عبور سیال در آنها تغییر مینماید، امکانپذیر میباشد. شکل هندسی این تجهیزات بصورت همگرا یا واگرا میباشد و وظیفه آنها تبدیل آنتالپی سیال به انرژی جنبشی و بالعکس است. برحسب اینکه سرعت سیال در ورودی این تجهیزات کمتر یا بیشتر از سرعت صوت باشد، دستگاه براساس شکل هندسی آن سبب افزایش یا کاهش سرعت سیال میشود.
در تجهیزات همگرا، سطح مقطع در امتداد جریان کم میشود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان افزایش مییابد. در این حالت به دستگاه که سبب افزایش سرعت میشود نازل گفته میشود. در واقع نازلها به دستگاههایی گفته میشود که با تبدیل فشار سیال به سرعت سبب افزایش سرعت سیال میشوند. هر چه نسبت فشار ورودی نازل به فشار خروجی بیشتر باشد، سرعت سیال در قسمت انتهایی نازل افزایش خواهد یافت، تا حدی که به سرعت صوت میرسد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز همگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور از مسیر کاهش و فشار آن افزایش مییابد. در این حالت به دستگاه که سبب کاهش سرعت و افزایش فشار میشود دیفیوزر گفته میشود. در واقع دیفیوزرها به دستگاههایی گفته میشود که با تبدیل سرعت سیال به فشار سبب افزایش فشار سیال میشوند.
در تجهیزات واگرا، سطح مقطع در امتداد جریان زیاد میشود. حال اگر سرعت سیال ورودی به این دستگاه کمتر از سرعت صوت باشد، سرعت سیال در امتداد جریان کاهش مییابد. بدین ترتیب چون دستگاه در جهت کاهش سرعت و افزایش فشار عمل کرده، لذا دیفیوزر میباشد.
حال اگر سرعت سیال ورودی به تجهیز واگرا بیشتر از سرعت صوت باشد، سرعت آن در حین عبور افزایش و فشار آن کاهش مییابد. در این حالت نیز، دستگاه سبب افزایش سرعت شده، بنابراین یک نازل میباشد.
براساس آنچه گفته شد، همواره باید توجه داشت که نازلها سبب افزایش سرعت و دیفیوزرها سبب افزایش فشار میشوند. پدیده تبدیل انرژی فشاری به انرژی سرعتی و بالعکس، اساس طراحی اجکتورها میباشد که به منظور ایجاد خلأ و انتقال مواد در صنعت کاربرد فراوان دارد.
برای آنکه این پدیده را به صورت ساده، مدل و تحلیل نمود، لازم است برای جریانی از سیال که از یک مجرا عبور میکند، فرضیات زیر را در نظر گرفت: (فرضیات استفاده از معادله برنولی یا اولر)
جریان یک بعدی و آدیاباتیک یعنی بدون انتقال حرارت باشد.
کار محوری بر روی آن انجام نشود.
تغییرات انرژی پتانسیل و اتلاف انرژی در طول جریان نیز ناچیز باشد.
در اینصورت میتوان معادله مقابل را برای بیان رابطه بین تغییرات سطح مقطع و سرعت آن سیال بکار برد.
2-2(M^2-1) du/u=dA/Aدر اینجا M، نسبت سرعت جریان به سرعت صوت بوده و عدد ماخ نام دارد. این معادله بیان میکند، در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با کاهش سطح مقطع در یک نازل، سرعت جریان افزایش مییابد.
چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، سرعت جریان با افزایش سطح مقطع در نازل افزایش مییابد. بدین ترتیب با استفاده از یک نازل همگرا-واگرا، میتوان به سرعتهای بالاتر از صوت رسید. این نوع نازلها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شدهاند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.
در یک جریان مادون صوت که مقدار M کوچکتر از یک است، با افزایش سطح مقطع، سرعت جریان کاهش مییابد و چنانچه مقدار M بزرگتر از یک و جریان ماورای صوت باشد، با کاهش سطح مقطع، سرعت جریان نیز کاهش مییابد.
بنابراین با استفاده از یک دیفیوزر همگرا-واگرا، میتوان سیالی را با سرعت ماورای صوت به سرعت مادون صوت و فشار بالا رساند. این نوع دیفیوزرها از سه بخش همگرا، گلوگاه و واگرا، تشکیل شدهاند که بخش گلوگاه کمترین سطح مقطع را دارد.
سیال محرک اجکتور که میتواند آب، بخار و یا هوا باشد، وارد نازل اجکتور میشود. در بخش همگرای نازل، با کاهش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش مییابد. نازل میتواند از نوع همگرا یا همگرا-واگرا باشد. قطر قسمت انتهایی نازل همگرا بگونهای طراحی میشود که با توجه به میزان فشار ورودی سیال و فشار پایین دست آن، سرعت خروجی سیال به بیشترین مقدار ممکن برسد. چنانچه نازل از نوع همگرا-واگرا باشد، سیال پس از گلوگاه وارد قسمت واگرای نازل میشود و چنانچه قبلاً گفته شد، اگر سرعت سیال به سرعت صوت برسد، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال افزایش مییابد. این امر باعث میشود فشار در بخش خروجی نازل به حداقل خود رسیده و ایجاد خلأ نسبی و در نتیجه ایجاد مکش کند.
در بخش محفظه اجکتور، بلافاصله پس از نازل، بخش مکش قرار دارد. سیالی که مورد مکش قرار میگیرد از بخش مکش به سمت اجکتور کشیده شده و با سیال محرک پر سرعت مخلوط میشود. پس از اختلاط سیال محرک با سیال مکش، سرعت سیال مخلوط همچنان بالا میباشد و اگر سیال با همین سرعت بالا از اجکتور خارج گردد، موجب صدمه و آسیب به تجهیزی که بعد از اجکتور قرار گرفته است، میشود. بنابراین به نوعی باید این انرژی سرعتی بالا را به انرژی فشاری تبدیل نمود. این عمل در بخش دیفیوزر اجکتورها انجام میشود.
دیفیوزر اجکتورها به دو صورت طراحی میشوند :
در نوع اول، دیفیوزر تنها دارای یک بخش واگرا میباشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار میروند که سرعت سیال اختلاط مادون صوت باشد. بدین ترتیب، سرعت سیال اختلاط هنگام عبور از بخش واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، کاهش یافته و فشار افزایش مییابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری میباشد.
در نوع دوم، دیفیوزر دارای سه بخش همگرا، گلوگاه یا بخش سطح مقطع ثابت و واگرا میباشد. این نوع دیفیوزرها هنگامی بکار میروند که سرعت سیال اختلاط (سیال مکش و سیال محرک) ماورای صوت باشد. بدین ترتیب، بدلیل خاصیت سیال ماورای صوت، سرعت سیال اختلاط، هنگام عبور از بخش همگرای دیفیوزر، با کاهش سطح مقطع، کاهش مییابد و انرژی سرعت آن به انرژی فشار تبدیل میگردد. بخش سطح مقطع ثابت دیفیوزر همواره به گونهای طراحی میشود تا با ایجاد امواج شوک سرعت سیال را کاهش داده و فشار آن بطور ناگهانی افزایش یابد. در نتیجه سیال از حالت ماورای صوت، به مادون صوت میرسد. بدین ترتیب در قسمت واگرای دیفیوزر، با افزایش سطح مقطع، سرعت سیال کاهش یافته و فشار افزایش مییابد. در خروجی دیفیوزر بیشتر انرژی مخلوط سیال محرک و مکش یافته، بصورت انرژی فشاری بوده و در نتیجه از اجکتور خارج و وارد تجهیز بعدی میشوند. مقدار فشار سیال خروجی، بین فشار سیال محرک و فشار سیال مکش یافته میباشد.
شکل 2-2 تغییرات سرعت و فشار استاتیک را در طول اجکتور نشان می دهد. سیال اولیه با فشار زیاد (Pp) وارد نازل اولیه که یک نازل همگرا واگرا است می شود، و سپس در این نازل شتاب می گیرد تا در خروجی نازل، جریان به سرعت ما فوق صوت برسد. سیال اولیه در نازل اجکتور، تا فشار (P2)به صورت ایزنتروپیک منبسط می شود و با سیال ثانویه در فشار ثابت و در محفظه اختلاط، مخلوط می گردد. اختلاط تا قبل از ورود به ناحیه قطر ثابت کامل می شود و سیال مخلوط شده با همان فشار (P3 = P2) با سرعت مافوق صوت به ناحیه قطر ثابت وارد می گردد. در این ناحیه بواسطه حضور یک شوک قائم، که اثر تراکمی قوی بر سیال دارد، فشار تا (P5) افزایش می یابد و سیال با سرعت مادون صوت به دیفیوزر وارد شده، تا (Pc) متراکم می گردد.
شکل 2-2 نمودار تغییرات سرعت و فشار در طول اجکتور [2]
2-3 ساختار اجکتور
چنانچه قبلاً ذکر شده، اجکتورها بخش متحرکی نداشته و شامل دو قسمت مهم نازل و دیفیوزر میباشند. جهت طراحی اجکتور میبایست سایز نازل سیال محرک، طول دیفیوزر و قطر گلوگاه آن محاسبه گردد. تعیین دقیق این پارامترها با توجه به فشارهای ورودی سیال محرک و سیال مکش یافته، فشار خروجی سیال مخلوط و دبی جرمی سیالها انجام میپذیرد. بطور مثال چنانچه طول دیفیوزر کمتر از مقدار صحیح آن محاسبه شود، در قسمت واگرای دیفیوزر و در نزدیک دیواره، پدیده جدایش ایجاد میشود. وجود پدیده جدایش که جدا شدن سیال از بدنه اجکتور میباشد، سبب میشود، مقدار کمتری از سیال مکش یافته، مکش شود و در نتیجه اجکتور، ظرفیتی کمتر از حالت عادی خود خواهد داشت.
از آنجا که عملکرد یک اجکتور به فاکتورهایی چون سطح مقطع نازل سیال محرک و گلوگاه ونتوری، فشار سیال محرک، فشار مکش، فشار خروجی، نسبت گرماهای ویژه، وزنهای مولکولی و دمای سیال مکش یافته و سیال محرک بستگی دارد، لذا برای تعیین سایز اجکتور از نمودارها و شکلهایی استفاده میشود که با توجه به فشار مکش یا در واقع خلأ مورد نیاز، فشار خروجی و فشار سیال محرک، مقدار بهینه نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل را جهت طراحی اولیه میدهد. یک نمونه از این نمودارها در شکل 2-3 مشاهده میشود.
شکل 2-3 منحنیهای طراحی برای اجکتورهای تکمرحلهای [3]
2-3-1 تعیین نسبت سطح مقطع گلوگاه دیفیوزر به گلوگاه نازل

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

شکل 2-3، برای تعیین نسبت سطح مقطع دیفیوزر و نازل اجکتور، تا نسبتهای تراکم 10 و تا نسبت سطوح 100 بکار میرود. برای مثال فرض میکنیم میخواهیم هوایی با فشارLbf/in^2 94/2 را با بخاری که دارای فشار Lbf/in^2100 است، بوسیله یک اجکتور تخلیه کنیم طوریکه در نهایت فشار خروجی به Lbf/in^27/14 برسد. بدین ترتیب5/0Po3/Pob= (نسبت فشار سیال خروجی به فشار مکش یا همان نسبت تراکم) و0294/0Pob/Poz= (نسبت فشار سیال مکش یافته به فشار سیال محرک) میباشد. از تقاطع این دو نقطه بر روی نمودار، مقدار بهینه نسبت سطحها، بین منحنیهای 10 و 15 بدست میآید که میتوان مقدار تقریبی 12 را برای آن ذکر کرد. بصورت افقی حرکت کرده تا به منحنی 12 در سمت چپ شکل برسیم. با تقاطع این نقطه و محور افقی، مقدار ?_b??_a بصورت تقریبی Lb 15/0 بدست میآید. بدین معنا که هر Lb بخار قادر است ، Lb 15/0 هوای مکش یافته را مکش نماید.
? (Entrainment Ratio) یکی از پارامترهای مهم اجکتور بوده و بصورت نسبت دبی سیال مکش شده به دبی سیال محرک تعریف میشود. در واقع بهترین اجکتور، اجکتوریست که با توجه به نوع سیالهای مورد استفاده و شرایط ترمودینامیکی آنها ، بیشترین مقدار ? ر ایجاد کند و هدف اصلی در طراحی بهینه اجکتور، ماکزیمم کردن این مقدار به ازای ثابت ماندن سایر شرایط است.
البته عدد حاصل با فرض اینکه نسبت وزن مولکولی سیال محرک و مکش یافته برابر یک بوده و دمای این دو سیال نیز برابر باشد، بدست آمده است. لذا با استفاده از فرمول زیر، عدد بدست آمده را میبایست تصحیح نمود.
2-3?/?_a =?/?_b ?((T_Oa M_b)/(T_Ob M_a ))که در اینجا:
M_b: وزن مولکولی سیال مکش یافته
M_a: وزن مولکولی سیال محرک
T_Ob: دمای سیال مکش یافته
T_Oa: دمای سیال محرک
?_b: دبی جرمی سیال مکش یافته
?_a: دبی جرمی سیال محرک

2-4 انواع اجکتورها
2-4-1 انواع اجکتورها از نظر سیال محرک
اجکتورها بر اساس اینکه در آنها از چه سیالی بعنوان سیال محرک، استفاده میشود، به سه دسته تقسیم میشوند:
1- اجکتورهای بخار 2- اجکتورهای آب یا سایر مایعات فرایندی 3- اجکتورهای هوا
عموماً برای کاربردهایی که نیاز به خلأهای بالا میباشد و یا میزان بار ورودی به اجکتور زیاد است، از اجکتورهای بخار استفاده میشود. ترموکمپرسور، هیتر، دی سوپرهیتر و سیفونها از جمله اجکتورهای بخار میباشند. در کاربردهایی که مواد خورنده وجود ندارند جنس این اجکتورها از فولاد ضد زنگ، فولاد کربن و یا چدن است. اما در مواردی که نیاز است اجکتور در مقابل مواد خورنده مقاوم باشد، از آلیاژهای مونل، هسنلوی،PVDF ،PTFE ، گرافیت و غیره در ساختار اجکتور استفاده میشود.
اجکتورهای هوا برای ایجاد خلأهای پایین مورد استفاده قرار میگیرند و از آنجا که سیال محرک مورد استفاده در آنها هوا میباشد، لذا بیشتر در مواردی کاربرد دارند که نیاز به تهویه و یا تزریق هوا یا اکسیژن به یک محیط بسته موردنظر است.
برای ایجاد خلأهای پایین و در کاربردهایی که نیاز است، ذرات آلودگی موجود در بخارات و یا گازها قبل از ورود به اتمسفر، حذف شوند، از اجکتورهای آب و مایعات فرایندی استفاده میشود. اجکتور کندانسور، گاس اسکرابر و ادکتور از جمله این نوع اجکتورها میباشند. این نوع اجکتورها معمولاً در ترکیب با یک پمپ جهت سیرکولاسیون آب با یا مایع فرایندی اجکتور به کار میروند.
2-4-2 انواع اجکتور از نظر کاربرد
2-4-2-1 ایجاد خلأ
فرایندهایی چون تقطیر و تبخیر که میتوانند تحت خلأ انجام شوند دارای کاربردهای زیادی در صنعت میباشند. زمانیکه سیال فرایندی حاوی هیدرکربنهای سنگین باشد، نقطه جوش ترکیب نسبتاً بالا میرود و لذا انرژی بیشتری برای تقطیر آن مورد نیاز میشود. از طرف دیگر، مقاومت مواد هیدروکربنی در مقابل حرارتهای زیاد، کم بوده و مورد تجزیه شدن قرار میگیرند. برای رفع این مشکل فرایند تقطیر، در فشار خلأ نسبی انجام میشود. در این صورت مواد در دمایی پایینتر از نقطه جوش معمولی خود به جوش آمده و علاوه بر اینکه به انرژی و دمای کمتر نیاز است، مولکولها نیز تجزیه نمیشوند. تبخیر تحت خلأ نیز دقیقاً مزایای تقطیر خلأ را دارد. بدین ترتیب که برای تغلیظ خوراکهایی که مواد موجود در آنها نسبت به دمای بالا حساس هستند، عمل تبخیر در خلأ انجام میگیرد، تا مواد در دمایی پایینتر از نقطه جوش معمولی، به جوش آیند.
از جمله مهمترین کاربردهای اجکتور برای ایجاد خلأ میتوان به ایجاد خلأ در برج خلأ واحد تقطیر پالایشگاه نفت اشاره نمود.
2-4-2-2 سیفون و ادکتور
از آنجا که اجکتورها با ایجاد خلأ سبب مکش سیال میشوند، در برخی از موارد، میتوان از این خصوصیت جهت انتقال سیالات استفاده نمود. اجکتورهایی که از بخار بعنوان سیال محرک جهت انتقال و پمپاژ آب یا مایعات دیگر استفاده میکنند، تحت عنوان سیفون شناخته میشوند. در اجکتورها اختلاط آب یا سیال مکش یافته با سیال محرک باعث کندانس بخار میشود.
ادکتورها نیز مانند سیفونها برای پمپ، انتقال و تخلیه مایعاتی که در سطوح پایینتر قرار گرفتهاند، بکار میروند با این تفاوت که سیال محرک مورد استفاده در ادکتورها بجای بخار، یک مایع پر فشار است. از اجکتورهای مایع، جهت انتقال مواد گرانولی یا پودری و یا اختلاط آنها با مایعات نیز استفاده میشود.
2-4-2-3 ونتیلاتور و گاس اسکرابر
همانطور که قبلاً ذکر شد، یکی از مهمترین موارد استفاده از اجکتورها، تهویه محیط و حذف ذرات آلوده موجود در سیالات میباشد. جهت تخلیه هوای آلوده از یک محیط بسته مانند تانک از یک دستگاه تهویه یا ونتیلاتور استفاده میشود. هوا و یا نیتروژن فشرده شده به عنوان سیال محرک وارد اجکتور میشوند و بدین ترتیب گازها و بخارات آلوده را از محیط، مکش نموده و خارج مینمایند.
در بعضی از موارد نیز که هدف تزریق هوای تازه به یک محیط بسته میباشد، هوای پرفشار موجود یا ایجاد شده توسط یک کمپرسور کوچک، وارد ونتیلاتور شده و پس از اختلاط با هوای آزاد مکش شده، به محیط بسته وارد میشود. لازم به ذکر است اگر قرار بود حجم هوای مورد نیاز را توسط یک کمپرسور فشار پایین و با دبی بالا، فشرده ساخته تا به محیط مورد نظر انتقال یابد، هزینه بالاتری صرف میشد.
تزریق هوا یا اکسیژن در برخی از فرایندها نیز انجام میشود. فرایندهایی از قبیل اکسیداسیون، تخمیر و فرایندهای بیولوژیکی برای انجام واکنش، نیاز به اکسیژن دارند که در اینگونه موارد از اریتور استفاده میشود. سیال محرک مورد استفاده در اریتور، آبی است که توسط یک پمپ سیرکولاسیون، پرفشار شده و وارد اجکتور میشود و بدین ترتیب هوای آزاد محیط را مکش نموده و به فرایند تزریق مینماید.
برای حذف ذرات گرد و غبار، آلودگی، بخارات و بوی بد گازهای صنعتی از گاس اسکرابر استفاده میشود. این تجهیزات معمولاً بین مراحل فرایندی و یا قبل از اینکه گاز به اتمسفر تخلیه شود، آلودگیهای مذکور را حذف میکنند. از اجکتورها میتوان به منظور جداسازی ذرات موجود در گاز استفاده نمود. در این موارد سیال محرک مورد استفاده مایعی است که قادر است ذرات معلق موجود در گاز را در خود جذب نماید. مخلوط سیال محرک و گاز حاوی ذرات آلوده به یک درام منتقل شده و در آنجا مایع از گاز جدا میشود. مایع توسط یک پمپ، مجدداً به اجکتور منتقل میشود.
2-4-2-4 اختلاط سیالات
چنانچه قبلاً ذکر شد، سیال محرک مورد استفاده در بسیاری از اجکتورها، بخار میباشد. از آنجا که بخار دارای حرارت بالا بوده و اختلاط آن با آب بعنوان سیال مکشی، مشکلی ایجاد نمینماید، لذا در بسیاری از موارد از اجکتورهای بخار جهت گرمایش آب یا سیالات فرایندی استفاده میشود. در این نوع اجکتورها، بخار بعنوان سیال محرک بطور مستقیم با آب یا هر مایع دیگر تماس پیدا کرده و پس از اختلاط کامل، آب گرم شده و بخار نیز کندانس میگردد.
در بعضی از موارد نیز از اجکتور جهت کاهش دمای بخار استفاده میشود. بخار مصرفی در واحدهای صنعتی توسط واحدهای تولید کننده بخار تولید میشود که میتواند به صورت اشباع و یا سوپرهیت باشد. بخار تولید شده که برای واحدهای مصرف کننده فرستاده میشود، معمولاً سوپرهیت بوده و باید از نظر دما و فشار کنترل گردد. لذا کنترل دما در سوپرهیت کنندهها از اهمیت بالایی برخوردار میباشد. یکی از روشهای کاهش دمای بخار سوپرهیت، استفاده از دیسوپرهیتر میباشد.
دیسوپرهیترها تجهیزاتی هستند که با تماس دادن مستقیم آب خنک و بخار سوپرهیت، باعث کاهش دمای بخار سوپرهیت میگردند. در برخی از دیسوپرهیترها از یک اجکتور جهت اختلاط آب با بخار سوپرهیت استفاده میشود. بخار سوپرهیت به عنوان سیال محرک عمل کرده و آب را مکش نموده و سبب اختلاط آن با بخار و لذا کاهش دمای آن میشود.
2-4-2-5 افزایش فشار
از آنجا که سیال منتقل شونده در اجکتور ضمن عبور از دیفیوزر، فشار آن نیز افزایش مییابد، لذا یکی از کاربردهای اجکتورها افزایش فشار سیالات است. از جمله این نوع اجکتورهای بخار میتوان به ترموکمپرسور و یا بخار jet computer اشاره نمود. ترموکمپرسورها اغلب جهت کاهش انرژی مصرفی در تبخیر کنندهها استفاده میشوند. در شکل 2-4 یک نمونه از ترموکمپرسورها را مشاهده می کنید.
شکل 2-4 یک نمونه ترموکمپرسور [4]
چنانچه میدانیم تبخیر کنندهها برای غلیظ کردن محلولها کاربرد دارند و برای گرم کردن خوراک از بخار استفاده میکنند. بخار وارد لولههای تبخیرکننده شده و حرارت خود را به خوراک میدهد و سبب میشود بخشی از خوراک تبخیر شود و به این ترتیب محصول تغلیظ شده، بوجود آید. بخارات حاصل از تبخیر خوراک، از بالای تبخیر کننده خارج میشود. برای جلوگیری از اتلاف حرارتی در تبخیر کنندهها، از انرژی گرمایی بخارات حاصل از گرم کردن خوراک ورودی، میتوان استفاده نمود. بدین منظور لازم است این بخار با بخار تازه که وارد لولههای مبدل تبخیر کننده میشود، مخلوط گردد. از آنجاییکه فشار بخار ورودی به لولههای مبدل بالاتر از فشار “بخار حاصل از تبخیر خوراک” میباشد، لازم است از یک اجکتور استفاده شود تا بخارات حاصل از گرمایش خوراک را مکیده و ضمن مخلوط نمودن با بخار تازه، وارد مبدل تبخیر کننده گردد. بدین ترتیب به کمک یک اجکتور میتوان از انرژی گرمایی بخار استفاده بهینه نمود.
چنانچه میدانیم برای بالا بردن فشار گاز و انتقال آن در طول یک فرایند، از کمپرسور استفاده میشود. کمپرسورها انواع مختلفی دارند که بر حسب کاربرد، میزان فشرده سازی، ظرفیت مورد نیاز، شرایط سیال ورودی و … نوع آن توسط طراح، انتخاب و پارامترهای مهم آن تعیین میشود. بعنوان مثال در کمپرسورهای سانتریفیوژ، فشار سیال ورودی نباید کمتر از حد معینی باشد.
در برخی از موارد احتمال دارد فشار گازی که وارد یک کمپرسور سانتریفیوژ میشود از حد پایین بخش مکش آن کمتر شود و سبب شود کمپرسور وارد سرج شده یا نهایتاً از سرویس خارج شود. همچنین احتمال دارد طراح بخواهد از یک کمپرسور سانتریفیوژ فشار بالا در فرایند استفاده نماید، اما به دلیل اینکه فشار گاز ورودی بسیار پایین است، هزینه بالایی باید صرف تهیه کمپرسور شود.در اینگونه موارد میتوان از یک اجکتور برای بالا بردن فشار گاز ورودی به کمپرسور استفاده نمود. بخشی از گاز خروجی از کمپرسور برگشت داده شده تا بعنوان سیال محرک در اجکتور مورد استفاده قرار گیرد.
یک نمونه از موارد استفاده از این طرح در بازیافت گازهای ورودی به فلر میباشد. بخش مهمی از گازهای زایدی که به سیستم فلر فرستاده میشوند، گازهایی هستند که دارای فشار بسیار کم بوده و به همین دلیل غیرقابل استفاده در فرایند میباشند. اما چنانچه فشار این گازها به حد مطلوبی برسد، میتوان مجدداً از آنها استفاده نمود.
در جدول 2-1، موارد کاربردی هریک از اجکتورهای بخار، هوا و آب ذکر شده است.
جدول 2-1 کاربرد انواع اجکتورها [5]کاربردسیال محرکنمونهپمپاژ و انتقال مایعاتبخارسیفونهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
پمپهای خلأ تک مرحلهایهواسیفونهای جت هوا
مکندههای جت هوامایعاجکتورهای جت آب
مکندههای جت آبانتقال هوا و گازها (pump و priming)بخاربلوورهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
ترموکمپرسورهای جت sream
پمپهای خلأ یک مرحلهای
پمپهای خلأ چند مرحلهایهوابلوورهای جت بخار
مکندههای (exhauster) جت بخار
پمپهای خلأ یک مرحلهای
کمپرسورهای جت هوا گازکمپرسورهای جت گازمایعمکندههای (exhauster) جت مایع
کندانسورهای بارومتریک
کندانسورهای low level
ادکتورهای جت آب (ظرفیت پایین)انتقالslurryها و گرانولهای جامدبخارسیفونهای جت بخار
هیترهای slurry جت بخار
پمپهای خلأ یک مرحلهایهوامکندههای (exhauster) جت هوامایعادکتورهای جت آبگرمایش آب (بوسیله تماس مستقیم)بخارهیترهای نوع خط لولهای
هیترهای جت بخار
هیترهای جت بخار (ظرفیت بالا)

دسته بندی : پایان نامه ها

دیدگاهتان را بنویسید