Skip to main content
SUPERVISOR
علی اکبر عالم رجبی (استاد راهنما) علی جعفریان (استاد مشاور)
 
STUDENT
Bahador Mousavi
بهادر موسوی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1386

TITLE

A Numerical Simulation of a Pulse Tube and Analysis of Effective Parameters on its Performance
Pulse tube refrigerators are being increasingly favored for cryocooler industry applications because of their simplicity and the absence of moving parts at their low temperature regions. Therefore, numerical simulations of them are very essential. Most of proposed models used thermal equilibrium .Numerical simulation of an Inertance Tube Pulse Tube Refrigerator based on dual energy equation model in the regenerator as a porous media is proposed in the present thesis. In this model porous zone in the regenerator is simulated taking into account more realistic thermal condition, namely the non-equilibrium between the gas and solid matrix. Here, the focus is mainly on considering the influence of the two employed models, Local Thermal Equilibrium and Dual Energy Equation in the regenerator as a porous media on the predicted performance of an Inertance Tube Pulse Tube refrigerator .A detailed analysis of the flow and heat transfer under oscillating flow condition is performed using Computational Fluid Dynamic code. The simulation represents an ITPTR operating in the quasi-steady state condition. The results show that CFD simulation of the ITPTR is capable to model laminar oscillating flow through its components. To simulate this ITPTR several User Defined Functions are developed and hooked to FLUENT solver. The oscillating axis-symmetric flow and temperature fields in various components of ITPTR are computed by solving the full set of conservation equations. The working fluid in this system is helium. . Here, geometric characteristic of the studied ITPTR are the same as experimental Orifice Pulse Tube Refrigerator rig, used in Georgia Institute of Technology.except employing an inertance tube instead of orifice valve. The results of this simulation are in good agreement with experimental data. The solution of equation is accomplished with the help of User Defined Scalars defined for porous zone in regenerator. The results confirmed that the DEE model is more accurate than LTE model. Temperature profile in regenerator, mean temperature in Cold Heat Exchanger and cyclic heat transfer of CHX in DEE model are closer to the experimental data than that of the LTE model. An analysis of regenerator based on second law of thermodynamics is carried out. This analysis shows that the most entropy generation and energy loses are exited in hot head of regenerator. To solve this problem a study of multi segments regenerator with different mesh configurations is performed. The results confirmed that the multi segment regenerator with higher porosity mesh at the hot head of regenerator can improve regenerator efficiency. Key words: Pulse Tube, Regenerator, Non-Thermal equilibrium, Multi Mesh
سرد ساز لوله ضربانی اینرتنسی از زمرة سردسازهای بادوام می‌باشد که عضو متحرکی در قسمت سرد خود ندارد. این سردسازها قابلیت رسیدن به دمای 4 کلوین و کمتر را دارند. از جمله کاربردهای سرد سازهای لوله ضربانی اینرتنسی، استفاده از آن ها در صنایع هوا فضا است. تاکنون تلاشهای زیادی برای بهبود کارایی این سردساز و کوچک کردن ابعاد هندسی آن انجام گرفته است. فرآیندهای ترمودینامیکی ـ سیالاتی که در سردساز اینرتنسی اتفاق می‌افتد پیچیده هستند و جزئیات کامل مکانیزم کاری این سیستم هنوز به درستی شناخته نشده است. شناخت و شبیه‌سازی این فرآیندهای پیچیده از اهداف این تحقیق می‌باشد.در این تحقیق از یک کد تجاری برای شبیه سازی یک سرد ساز لوله ضربانی اینرتنسی استفاده شده است. این سردساز اینرتنسی از اجزایی شامل: کمپرسور، مبدل حرارتی پس خنک کن، بازیاب، لولة پالس تیوب، مبدل‌های‌ حرارتی سرد و گرم ، لولة اینرتنس و مخزن ذخیره کننده تشکیل شده است. قابل ذکر است که بازیاب و مبدل های حرارتی از محیط متخلخل تشکیل شده اند. این شبیه‌سازی بر روی سیستمی انجام شده است که کلیه اجزاء آن به یکدیگر کوپل شده‌اند و فرآیندها در حالت جریان دایم ـ سیکلی اتفاق می‌افتد. کد تجاری مورد استفاده به صورت پیش فرض از فرض تعادل حرارتی بین سیال‌ عامل و جامد محیط متخلخل برای مدل کردن محیط متخلخل استفاده می‌کند. در این تحقیق بازیاب هم با فرض تعادل حرارتی و هم با فرض عدم تعادل حرارتی مدل شده است. برای شبیه‌سازی بازیاب با فرض عدم تعادل حرارتی بین فاز سیال و جامد نیاز به تنظیم تابع کاربری مورد نیاز و اتصال آن به حل کننده کُد تجاری می‌باشد. نتایج بدست آمده نشان می‌دهد که فرض تعادل حرارتی فرض چندان مناسبی برای مدل کردن بازیاب نمی‌باشد و نتایج حاصل از حل جریان در بازیاب با فرض عدم تعادل حرارتی بین فاز سیال و جامد با نتایج آزمایشگاهی مطابقت بیشتری دارد. تأثیر تغییر راندمان بازیاب با فرض عدم تعادل حرارتی بر روی راندمان سرمایشی کلی سیستم سردساز نشان می‌دهد که بازیاب عضو کلیدی از سیستم سردساز ضربانی اینرتنسی می‌باشد. مطالعاتی از منظر قانون دوم ترمودینامیک بر روی فرآیندهای داخل بازیاب انجام شده است. این مطالعات نشان می‌دهد که فرض عدم تعادل حرارتی فرآیندهای اتلافی درون بازیاب را نسبت به فرض تعادل حرارتی بسیار بهتر مدل می‌کند و نشان می‌دهد که اکثر افت انرژی درون بازیاب در سرِگرم آن اتفاق می‌افتد. برای بهبود کارآیی بازیاب نیاز است که تغییراتی در این قسمت انجام شود. از جملة این تغییرات استفاده از چندین نوع سیم توری مش‌بندی شده و جامه‌دانه کروی از جنس فولاد رنگ نزن به عنوان فاز جامد محیط متخلخل بازیاب می‌باشد. نتایج حاکی از آن است که اگر از جامد با ضریب تخلخل بالا و سطح انتقال حرارت کم در طرف گرم بازیاب و جامد با تخلخل کم و سطح انتقال حرارت زیاد در طرف سرد بازیاب استفاده شود، ضریب عملکرد آن افزایش می‌یابد و این به دلیل تغییر ویسکوزیته گاز هلیم در طول بازیاب در اثر تغییرات شدید دما در طول بازیاب می‌باشد. کلمات کلیدی : سردساز لوله ضربانی، محیط متخلخل، بازیاب، عدم تعادل حرارتی فاز جامد و سیال، بازیاب با مش مرکب

ارتقاء امنیت وب با وف بومی