30 Jun
4:53

Pemodelan Aliran Multifase | blog mesin turbo

pengantar

Sesuai dengan perkembangan teknologi industri di pertengahan abad kesembilan belas, orang berurusan dengan aliran multifase tetapi keputusan untuk menggambarkannya dalam bentuk matematika yang ketat pertama kali dibuat hanya 70 tahun yang lalu. Seiring berjalannya waktu, perkembangan komputer dan teknologi komputasi menyebabkan revolusi dalam pemodelan matematika aliran pencampuran dan multifase. Ada beberapa periode yang dapat menggambarkan perkembangan komputasi ini:

«Periode Empiris» (1950-1975)

Ada banyak eksperimen yang dilakukan selama periode ini. Semua model diperoleh dari fasilitas eksperimental atau industri, oleh karena itu penggunaannya sulit untuk kasus yang berbeda.

«Periode Kebangkitan» (1975-1985)

Karena eksperimen yang canggih, mahal, dan tidak universal, perhatian para peneliti diarahkan pada proses fisik dalam aliran multifase.

«Periode Modeling» (1985-Sekarang)

Hari ini, model untuk perhitungan multi-aliran menggunakan persamaan kontinuitas bersama-sama dengan persamaan konservasi energi diperoleh, yang memungkinkan menggambarkan interaksi fase untuk rezim aliran yang berbeda. (AV Babenko, LB Korelshtein – Perhitungan hidraulik Kursus gas-cair dua fase: pendekatan modern // Jurnal perhitungan dan pemodelan. – 2016. – TPА 2 (83) 2016. – H.38-42.)

Pengembangan teknologi

Sejak perkembangan industri, desain instalasi telah mengalami perubahan besar. Misalnya, ada shell and tube evaporator untuk sistem pembekuan dimana koefisien perpindahan panas telah meningkat 10 kali lipat selama 50 tahun terakhir. Hasil ini merupakan konsekuensi dari keputusan inovasi yang berbeda. Perkembangan mengarah pada penelitian sistem saluran mini, yang merupakan salah satu metode untuk meningkatkan intensifikasi transisi fase. Penelitian telah menunjukkan bahwa sistem pertukaran panas dengan dimensi mikro dan nano memiliki efek yang jauh lebih besar daripada sistem makro dengan dimensi saluran 3-200 mm.

Untuk mengatur penelitian fundamental, sangat penting untuk memahami hidro, dinamika gas, dan perubahan panas dalam sistem dua fase dengan transisi fase. Saat ini, jumlah peneliti yang menggunakan program CFD tingkat lanjut telah meningkat. Tim kami adalah salah satu pengembang utama dari kompleks program ini.
Pemodelan matematika aliran fluida multifase kompresibel menarik dengan banyak arah ilmiah dan memiliki potensi besar untuk penggunaan praktis di berbagai bidang teknik. Hari ini bukan rahasia lagi bahwa masalah lingkungan adalah beberapa pertanyaan yang paling umum dibahas di dunia. Orang-orang berusaha mengurangi emisi produk pembakaran. Salah satu metode untuk mengurangi emisi adalah pengorganisasian proses pembakaran bahan bakar yang dapat diterima secara lingkungan dengan pengurangan hasil nitrogen dan belerang. Blog terakhir (https://blog.softinway.com/en/modern-approach-to-liquid-rocket-engine-development-for-microsatellite-launchers/) membahas metode numerik, yang dapat menghitung tugas-tugas ini dengan waktu dan biaya dalam aplikasi CFD.

Gambar 1 – Limbah boiler panas http://tesiaes.ru/?p=6291

Untuk penggunaan sumber daya energi yang lebih efektif dan pemanfaatan panas dengan potensi rendah, pilihan Siklus Rankine Organik (ORC) dibenarkan. Karena fakta bahwa panas digunakan dan diubah menjadi kerja mekanis, penting untuk menggunakan fluida dengan suhu didih lebih rendah dari suhu didih air pada tekanan atmosfer (dengan suhu aliran-bodi sekitar 100⁰C). Penggunaan freon dan hidrokarbon dalam sistem ini membuat solusi menjadi tidak mungkin tanpa memperhitungkan perubahan fase fluida kerja.

Pemodelan ORC di AxCYCLE
Gambar 2– Pemodelan ORC di AxCYCLE

Pemodelan aliran pencampuran dan transisi fase diperlukan dari ketentuan iklim mikro, seperti sistem pengkondisian (seperti pada papan pesawat), untuk menghitung dan merancang sistem yang lebih canggih. Dengan demikian, desain unit rumit seperti mesin roket cair (LRE) tidak mungkin tanpa perhitungan aliran sekunder di turbopump di mana dua bahan bakar seperti bahan bakar dan oksidator dapat dikompresi secara bersamaan. Karena ketidaksempurnaan struktural peralatan, bahaya kebocoran komponen bahan bakar melalui segel selalu ada yang dapat menyebabkan pencampuran. Ini tidak bisa diterima. Dalam hal ini, komponen netral ketiga dapat ditambahkan di zona pencampuran, yang mencegah oksidator dan bahan bakar bercampur satu sama lain dan dengan demikian menciptakan zona penyangga.

pompa turbo
Gambar 3– Perhitungan Aliran Sekunder Turbopump di AxSTREAM NET

Berbicara tentang LRE, harus ditekankan bahwa nosel memiliki gradien termal yang sangat besar di sepanjang dinding, dan penting untuk mengatur pendinginannya yang efisien. Dalam beberapa kasus, juga perlu memiliki model sistem pendingin proses dengan transisi fasa di saluran. Karena pengaruh suhu tinggi yang berpindah dari cair ke gas, hidrogen dapat digunakan sebagai cairan pendingin (misalnya RS-25 SSME). Kemungkinan ini perlu diperkirakan.

Nozel
Gambar 4 – Pemodelan Aliran Pendingin Nozzle di AxSTREAM NET

Seperti yang terlihat, setiap kasus memiliki tujuan canggih yang berbeda, yang perlu dipecahkan. Seiring kemajuan teknologi, perangkat lunak analisis seperti AxSTREAM NET, memungkinkan peneliti untuk memecahkan masalah di banyak aplikasi teknik industri. Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang aplikasi modern untuk perhitungan aliran multifase, silakan hubungi tim SoftInWay atau lihat webinar, Pemodelan, dan Analisis Sistem Aliran Multifase sesuai permintaan kami!

« »