شماره مدرك
21029
شماره راهنما
18044
پديد آورنده
حسيني، رضا
عنوان
شبيه سازي عددي اجكتورهاي راه انداز مافوق صوت هوا در نيروگاه هاي بخار
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
تبديل انرژي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
نه، 61ص. : مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
اجكتور هوا , مافوق صوت , شبيه سازي عددي , نسبت مكش , نيروگاه بخار
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/19
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
دانشكده
مهندسي مكانيك
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/02/19
كد ايرانداك
23219018
چكيده فارسي
در دنياي امروز كه تقاضا براي انرژي پايدار و كارآمد روز به روز افزايش مييابد، نيروگاههاي بخار به عنوان يكي از ستونهاي اصلي
توليد برق، نقش كليدي ايفا ميكنند. اما چالشهاي عملياتي اين نيروگاهها، مانند نياز به خلاگيري اوليه كندانسور براي راهاندازي ايمن
و كارآمد، همواره مهندسان را به جستجوي راهحلهاي نوين واداشته است. پيش از آغاز چرخه اصلي، كندانسور بايد از هوا و گازهاي
غيرقابلچگالش پاك شود تا فشار داخلي به سطوح پايين برسد و راندمان سيكل رانكين به حداكثر خود دست يابد. اين فرآيند، كه
خلاگيري اوليه ناميده ميشود، نه تنها زمان راهاندازي را كوتاه ميكند، بلكه از آسيبهاي احتمالي به تجهيزات جلوگيري مينمايد و
مصرف انرژي را بهينه ميسازد. در گذشته، روشهاي سنتي مانند اجكتورهاي بخار داراي محدوديتهايي مانند مصرف بالا و توليد سر
و صداي زياد بودند. حال، با ورود اجكتورهاي هواي مافوقصوت، افق جديدي گشوده شدهاست: اين دستگاهها با بهرهگيري از هواي
ابزار دقيق تحت فشارهايي در بازهي بين 6تا 8بار، خلا مورد نياز را ايجاد ميكنند. اين رويكرد، كه بر پايه اصول فيزيكي جريانهاي
تراكمپذير و اختلاط دو سيال استوار است، صرفهجويي انرژي تا 10الي 15درصد را ممكن ميسازد و هزينههاي نگهداري را كاهش
ميدهد، زيرا بدون قطعات متحرك عمل ميكند و دوام بالايي دارد. در اين تحقيق، شبيهسازي عددي جريان درون اجكتور با سيال
عامل هوا انجام شدهاست تا رفتار آن در شرايط عملياتي واقعي نيروگاهها بررسي گردد. مدلسازي بر پايه معادلات حاكم بر جريانهاي
آشفته و تراكمپذير صورت گرفته و شرايط عملياتي شامل فشارهاي ورودي در بازه ذكرشده براي سيال محرك و فشار مكش در سطوح
پايين مانند 5تا 10كيلوپاسكال براي سيال ثانويه تعريف شده است. بخش اصلي تحقيق به بررسي تأثير پارامترهاي هندسي كليدي
از جمله قطر ورودي نازل ثانويه، موقعيت خروجي نازل، قطر خروجي نازل اوليه و قطر مقطع ثابت ناحيه اختلاط اختصاص يافته است.
نتايج حاكي از آن است كه تنظيم مناسب اين پارامترها، به طور مثال انتخاب بهينه قطر ورودي نازل ثانويه، نسبت مكش را تا حدود
20درصد بهبود ميبخشد و پايداري جريان را تضمين ميكند. پيكربندي بهينه، خلا قابل توجهي تا 10كيلوپاسكال و به اندازه خلا
اوليه موردنياز راهاندازي نيروگاه ايجاد مينمايد و عملكرد پايداري تا فشارهاي تخليه بالاتر ارائه ميدهد. مقايسه نتايج اين مدل با
دادههاي تجربي، خطاي زير 10درصد در نقاط بحراني را نشان ميدهد. در نهايت، اين كار راهي نو براي بهينهسازي سيستمهاي
خلاگيري در نيروگاههاي بخار، بدون نياز به بويلرهاي كمكي با طرفيت بالا ميگشايد و پتانسيل كاربردهاي گستردهتري در صنايع
مرتبط را برجسته ميسازد.
چكيده انگليسي
In today’s world, where the demand for sustainable and efficient energy continues to grow, steam
power plants remain one of the cornerstones of electricity generation. However, operational
challenges—particularly the need for effective initial vacuum priming of the condenser for safe and
efficient startup—have consistently driven engineers to seek innovative solutions. Prior to initiating
the main cycle, the condenser must be evacuated of air and non-condensable gases to reduce internal
pressure to the required low levels, thereby maximizing the efficiency of the Rankine cycle. This
initial vacuum priming process not only shortens startup time but also prevents potential equipment
damage and optimizes energy consumption.
Traditional methods, such as conventional steam ejectors, suffer from limitations including high
motive steam consumption and significant noise generation. The emergence of supersonic air
ejectors opens new horizons: these devices utilize instrument air at pressures between 6 and 8 bar
to generate the required vacuum. This approach, grounded in the principles of compressible flow
and two-fluid mixing, enables energy savings of 10–15%, reduces maintenance costs due to the
absence of moving parts, and offers high durability.
This research presents a numerical simulation of the flow inside a supersonic air ejector using air
as the working fluid to investigate its behavior under realistic power plant operating conditions. The
modeling is based on the governing equations for turbulent compressible flows. Operating
conditions include motive pressures in the specified range (6–8 bar) for the primary fluid and low
suction pressures (5–10 kPa) for the secondary fluid. The core of the study focuses on the influence
of key geometric parameters, including the secondary nozzle inlet diameter, primary nozzle exit
position, primary nozzle exit diameter, and the constant-area mixing section diameter.
The results demonstrate that proper optimization of these parameters—for instance, optimal
selection of the secondary nozzle inlet diameter—can improve the entrainment ratio by up to
approximately 20% while ensuring flow stability. The optimized configuration achieves a
significant vacuum level down to 10 kPa, sufficient for the initial condenser priming requirements
of steam power plants, and maintains stable performance at higher discharge pressures. Validation
against experimental data shows an error of less than 10% at critical operating points. Ultimately,
this work introduces a novel pathway for optimizing vacuum systems in steam power plants without
reliance on large auxiliary boilers and highlights the potential for broader applications across related
industries.
استاد راهنما
رامين كوهي كمالي
استاد داور
احمدرضا پيشه وراصفهاني , مهدي نيلي احمدآبادي