Προσομοίωση της συμπεριφοράς αεροσωλήνα Ranque-Hilsch Vortex

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική μελετήθηκε η λειτουργία και η συμπεριφορά της ροής μέσα σε ένα σωλήνα vortex. Ο σωλήνας vortex αποτελεί εφεύρεση του Georges J. Ranque και η βελτίωσή του οφείλεται στον Rudolf Hilsch. Ο σωλήνας Ranque-Hilsch vortex είναι μία «έξυπνη» συσκευή η οποία διαχωρίζει τον εισερχόμενο αέρα σε δύο ρεύματα , ένα θερμό κι ένα ψυχρό(φαινόμενο ενεργειακού διαχωρισμού/διαχωρισμού θερμοκρασίας) κι έχει ευρεία εφαρμογή σε διάφορους τομείς της επιστήμης. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής είναι η προσομοίωση της συμπεριφοράς του σωλήνα. Μελετήθηκαν εκτενώς τρία μοντέλα αλγεβρικών εξισώσεων εκ των οποίων τα δύο του B. Ahlborn και των Shamsoddini-Khorasami επικεντρώνονται στις θερμοφυσικές παραμέτρους που επηρεάζουν το φαινόμενο και βάση των οποίων μελετάται ο θερμοκρασιακός διαχωρισμός συναρτήσει των οριακών συνθηκών. Πραγματοποιήθηκε σύγκριση με αποτελέσματα Cfd προσομοιώσεων και σύγκριση μεταξύ τους. Το τρίτο μοντέλο του S. U. Nimbalkar σε συνδυασμό με του F. Hussain χρησιμοποιήθηκε για την απεικόνιση ρευστομηχανικών ιδιοτήτων της ροής μέσα στο σωλήνα vortex μεταβάλλοντας κάποιες παραμέτρους. nς εργαζόμενο μέσο θεωρήθηκε ο αέρας και τύπος του σωλήνα θεωρήθηκε counter-flow.

The study of the operation and the behavior of flow inside the vortex tube is the subject of this diploma thesis. The vortex tube is an invention of Georges J. Ranque and Rudolf Hilsch is responsible for the improvement of tube. The Ranque-Hilsch vortex tube is a “smart” device that separates the incoming flow into two different streams: hot and cold, a phenomenon known as energy separation/ temperature splitting. This device is being applied in various fields of science. The purpose of the thesis is to simulate the behavior of vortex tube. Three models of algebraic equations were extensively studied. The first two, Ahlborn’s model and model of Shamsoddini-Khorasami focus on thermo-physical parameters that affect the operation of the tube. The temperature splitting was studied versus the boundary conditions. A comparison with Cfd simulation results and comparison between two models was carried out. The third model of S.U. Nimbalkar in conjunction with F. Hussain used in order to visualize the fluid-dynamic properties of flow inside the vortex tube by varying some important parameters. The working fluid that was considered is air and the type of tube is counter-flow.