مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

مجله بین‌المللی انجمن آهن و فولاد ایران

افزایش نرخ تولید مگا ماژول MIDREX مستقیم مبارکه با استفاده از شبیه سازی عددی و مطالعه پارامترهای هندسی اجکتور استک آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
چکیده
این مطالعه از شبیه سازی عددی برای بهبود موفقیت آمیز عملکرد یک پشته اجکتور مادون صوت استفاده می کند که برای دفع گاز دودکش در یک واحد آهن احیای مستقیم واقع در شرکت فولاد مبارکه اصفهان استفاده می شود. نرم افزار دینامیک سیالات محاسباتی توسعه یافته فعلی (CFD) از روش حجم محدود برای حل معادلات حاکم استفاده می کند که جریان آشفته تراکم ناپذیر را در پشته اجکتور نشان می دهد. این مطالعه به طور خاص بر ارزیابی تأثیر پارامترهای هندسی کلیدی، مانند طول محفظه اختلاط، طول دیفیوزر، و اجکتور نازل و زوایای دیفیوزر، بر افزایش عملکرد بدتر اجکتور متمرکز است. شبیه‌سازی‌های انجام‌شده نشان می‌دهد که طول محفظه اختلاط را نمی‌توان به عنوان یک پارامتر هندسی خوب برای افزایش عملکرد فعلی در نظر گرفت. به عنوان یکی دیگر از پارامترهای مهم، نشان داده شده است که طول دیفیوزر می تواند به طور قابل اعتمادی عملکرد اجکتور را افزایش دهد. برای دستیابی به عملکرد بهینه، به حدود 38 درصد افزایش در این طول نیاز دارد. با بررسی زوایای همگرایی و واگرایی نازل و دیفیوزر اجکتور به ترتیب نشان داده شده است که زوایای بهینه برای قسمت واگرایی 9/4 درجه و برای قسمت همگرایی 5/12 درجه است. در واقع، این مطالعه یک رویکرد جدید و اساسی ارائه می‌کند که به افراد صنعت کمک می‌کند تا کارایی سیستم‌های پشته اجکتور معیوب خود را بهبود بخشند.
کلیدواژه‌ها

 [1] Meakhail T, Zien Y, Elsallak M, AbdelHady S, Experimental study of the effect of some geometric variables and number of nozzles on the performance of a subsonic air–air ejector, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part A: Journal of Power and Energy. 2008; 222: 809-818. 
 [2] Ariafar K, Buttsworth D, Sharifi N, Malpress R, Ejector primary nozzle steam condensation: Area ratio effects and mixing layer development, Applied thermal engineering. 2014; 71(1): 519-527.
[3] Ariafar K, Buttsworth D, Al-Doori G, Sharifi N, Mixing layer effects on the entrainment ratio in steam ejectors through ideal gas computational simulations, Energy. 2016; 95: 380-392.
[4] Darbandi M, Sabzpoushan S.A, Schneider G.E, Numerical study to evaluate the effect of phase change on performance calculation of a steam ejector, CFDSC Paper 2018-0539. The proceedings of the 26th Annual Conference of the CFD Society of Canada, (Ottawa, ON, Canada), CFDSC 2018, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada. 10-12, 2018.
[5] Ariafar K, Cochrane T, Malpress R, Buttsworth D, Pitot and static pressure measurement and CFD simulation of a co-flowing steam jet, Experimental Thermal and Fluid Science. 2018; 97: 36-47.
[6] Darbandi M, Sabzpoushan S, Schneider G.E, Geometrical optimization of a steam jet-ejector using the computational fluid dynamics, ASME-FEDSM Paper 2018-83203, Proceedings of the ASME 2018 5th Joint US-European Fluids Engineering Summer Conference (FEDSM2018), Montreal, Quebec, Canada. 2018; 2.
[7] Xiao J, Wu Q, Chen L, Ke W, Wu C, Yang X, Yu L, Jiang H, Assessment of different CFD modeling and solving approaches for a supersonic steam ejector simulation, Atmosphere. 2022; 13: 144.
[8] Watanabe I, Experimental investigations concerning pneumatic ejectors, with special reference to the effect of dimensional parameters on performance characteristics, Symposium on Jet Pumps and Ejectors. 1972: 97-120.
[9] Vyas B.D, Kar S, Study of entrainment and mixing process for an air to air jet ejector, The 2nd Symposium on Jet Pumps and Ejectors and Gas Lift Techniques, BHRA Fluid Engineering, Cambridge, England. 1975.
[10] Riffat S.B, Omer S, CFD modelling and experimental investigation of an ejector refrigeration system using methanol as the working fluid, International Journal of Energy Research. 2011; 25: 115-128.
[11] Riffat S.B, Jiang L, Gan G, Recent development in ejector technology- A review, International Journal of Ambient Energy. 2005; 26(1): 13-26.
[12] Yadav R.L, Patwardhan A.W, Design aspects of ejectors: Effects of suction chamber geometry, Chemical Engineering Science. 2008; 63: 3886-3897.
[13] Zhang X, Jin S, Huang S, Tian G, Experimental and CFD analysis of nozzle position of subsonic ejector, Frontiers of Energy and Power Engineering in China. 2009; 3: 167-174.
[14] Li C, Li Y, Wang L, Configuration dependence and optimization of the entrainment performance for gas–gas and gas–liquid ejectors, Applied Thermal Engineering. 2012; 48: 237-248.
[15] Yang X, Long X, Yao X, Numerical investigation on the mixing process in a steam ejector with different  nozzle structures, International Journal of Thermal Sciences. 2012; 56: 95-106.
[16] Kong F, Kim H.D, Analytical and computational studies on the performance of a two-stage ejector– diffuser system, International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015; 85: 71-87.
[17] Wang L, Yan J, Wang C, Li X, Numerical study on optimization of ejector primary nozzle geometries, International Journal of Refrigeration. 2017; 76: 219-229.
[18] Chen W, Huang C, Chong D, Yan J, Numerical assessment of ejector performance enhancement by means of combined adjustable-geometry and bypass methods, Applied Thermal Engineering. 2019; 149: 950-959.
[19] Tashtoush B.M, Al-Nimr M.A, Khasawneh M.A, A comprehensive review of ejector design, performance, and applications, Applied Energy. 2019; 240: 138-172.
[20] Yan J, Li S, Liu Z, Numerical investigation on optimization of ejector primary nozzle geometries with fixed/varied nozzle exit position, Applied Thermal Engineering. 2020; 175.
[21] Hadi M, Arshad A, Shaik N.B, Benjapolakul W, Gillani Q.F, Optimization of hydrocarbon ejector using computational fluid dynamics, Engineering Journal. 2022; 6: 5.
[22] Tavakoli M, Nili-Ahmadabadi M, Joulaei A, Ha M.Y, Enhancing subsonic ejector performance by incorporating a fluidic oscillator as the primary nozzle: a numerical investigation, International Journal of Thermofluids. 2023; 20: 100429,
[23] Schillaci E, Vera J, Oliet C, Vemula J.B, Duponcheel M, Bartosiewicz Y, Numerical modeling of air ejectors covering supersonic, subsonic and closed-port operations, Energy. 2024; 302: 131627.
[24] Kumar A, Yadav S, Kumar V, Kulkarni A, A comprehensive exploration of ejector design, operational factors, performance metrics, and practical applications, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering. 2024; 46(39).
[25] Darbandi M, Jalali R, Schneider G.E, Robust 1-D fluid flow and heat transfer predictions in gas turbine cooling passages,” AIAA Paper 2019-4057, AIAA 2019 Propulsion and Energy Forum and Exposition, Indianapolis, Indiana, USA, August. 2019: 19-22.
[26] Darbandi M, Jalali R, A cost-effective approach to generate accurate correlations via analyzing a minimum number of data points; Case study on the convection heat transfer problem, The Canadian Journal of Chemical Engineering. 2022; 101: 3634-3647.
[27] Darbandi M, Jalali R, Internal cooling sensitivity analysis to improve the thermal performance of gas turbine blade using a developed robust conjugate heat transfer method, International Journal of Engine Research. 2022; 24: 949-964.
[28] Anderson J, Fundamentals of Aerodynamics, 6th ed., McGraw-Hill Education, 2016.
[29] White F.M, Fluid Mechanics, 7th ed., McGraw-Hill Education, 2011.