تحلیل عددی پدیده های ترابری در فیلم های بخار ایجاد شده بر اثر تماس اجسام داغ با مایعات فرار

تماس یک جسم داغ (مانند ذرات فلز مذاب) با یک سیال خنک و نسبتاً فرارتر (مانند آب) در صنایع ریخته گری فلزات، کاغذسازی و در رآکتورهای هسته ای محتمل هست. انتقال حرارت بسیار شدید و سریع ناشی از این تماس می تواند فشار داخل فیلم بخار تشکیل شده بر روی ذره داغ را در مدت زمان اندکی افزایش دهد و منجر به ایجاد موج فشاری داخل مخزن حاوی سیال فرارتر گردد. در این پژوهش ابتدا مدل ریاضی مسئله برخورد کره داغ فلزی کوچک از جنس مس با آب به دست آمده و سپس آثار تغییر فشار مخزن نگهدارنده آب بر روی تغییرات شعاع فیلم بخار، فشار درون فیلم بخار و دمای اشباع مرز بین فازی بررسی شده است. در انتها نیز نتایج رشد فیلم بخار و فشار درون این فیلم برای رخداد چنین پدیده ای در نیروگاه های هسته ای که فشار سیال خنک کن میله های سوخت آن بین 60 تا 150 بار می باشد، مورد بررسی قرار گرفته است. بر اساس نتایج به دست آمده در فشارهای خیلی بالای مخازن، پالس فشار درون فیلم بخار در زمان کوتاهی افزایش می یابد. یکی از راه های انتقال گاز طبیعی به بازارهای دوردست، مایع سازی و حمل آن با کشتی است. در این راستا تأمین ایمنی انتقال گاز طبیعی به بازارهای مصرف جهانی ، اهمیت ویژه ای دارد. در اثر تماس و برخورد هر ماده خارجی با سیال lng، جوشش سریع همراه با افزایش ناگهانی در فشار، رخ خواهد داد. در این پایان نامه، برخورد آب در دمای oc0 ( سیال با دمای بالاتر) با متان مایع (به دلیل نزدیک بودن خواص ترموفیزیکی به lng) در دماهای بسیار پایین (oc162-) از نظر ترموفیزیکی بررسی شده است. شدت انتقال حرارت بین قطره آب و متان مایع، رشد سریع فیلم بخار متان و افزایش ناگهانی فشار داخل فیلم را به همراه دارد. مدل ریاضی این پدیده با در نظر گرفتن شرایط اشباع در سطح بین فازی به دست آمده و سپس میزان افزایش فشار ناگهانی، افزایش دما در سطح بین فازی و رشد فیلم بخار در اثر تغییر پارامترهای ترموفیزیکی مختلف تعیین شده است. بر اساس نتایج به دست آمده پالس فشار بخار ایجاد شده درون فیلم، در مواردی حتی بیش از 3 برابر فشار اولیه بوده که می تواند ایمنی سیستم را مختل نماید.