شبیه ‏سازی عددی تأثیر دمای گاز ورودی بر جدایش انرژی در ورتکس تیوب

ورتکس تیوب یا رانک- هیلش ورتکس تیوب یک وسیله مکانیکی است با هندسه‏ای نسبتاً ساده و بدون پیچیدگی در اجزای تشکیل‏دهنده، که قادر است هوای فشرده ورودی به آن را به دو بخش مجزای گرم و سرد تبدیل کند. عدم وجود قطعات متحرک در داخل دستگاه و عدم وابستگی به انرژی‏های الکتریکی و مکانیکی و سیال مبرد و ... از مزایای این وسیله می‏باشد. در ورتکس تیوب، جریان سیال فشرده به صورت مماسی از طریق یک یا چند نازل به داخل محفظه لوله وارد می‏شود و بعد از پدیده جدایش، دو جریان سیال مجزای سرد و گرم ایجـاد می‏کند که بسته به نیـاز می توان از هر یک از این جریان‏ها استفاده کرد. در این مطالعه عددی، با استفاده از تکنیک دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)، به بررسی تأثیر پارامترهای کلیدی مانند دما و فشار سیال ورودی به دستگاه، زاویه واگرایی لوله کاری، قطر روزنه خروجی سرد و نسبت جرمی جریان سرد بر عملکرد ورتکس تیوب پرداخته شده است. معادلات حاکم میدان جریان به وسیله کد استاندارد نرم‏افزار فلوئنت و با یک مدل تراکم‏پذیر سه‏بعدی توربولانس با مدل استاندارد k-? حل گردیده‏اند. با استفاده از نتایج تحلیل عددی، ویژگی‏های میدان جریان در ورتکس تیوب دردماهای مختلف سیال ورودی مورد بررسی قرار گرفته‏اند. هم‏چنین با مقایسه ورتکس تیوب مخروطی و استوانه‏ای، بازه بهینه‏ای برای زاویه واگرایی لوله کاری جهت بهبود عملکرد سرمایشی به دست آمد. علاوه بر این، به منظور جلوگیری از تشکیل جریان‏های چرخشی ثانویه و عدم اختلاط جریان‏های سرد و گرم، یک قطر بهینه برای روزنه خروجی سرد در مدل شبیه‏سازی شده به دست آمد. نتایج عددی به‏دست آمده با نتایج تجربی موجود اعتباردهی شده‏اند، که تطابق قابل قبولی بین آن‏ها وجود دارد.