Дисертаційна робота присвячена вирішенню науково-прикладної задачі, пов’язаної з підвищенням ефективності робочого процесу камери змішування рідинно-парового струминного апарату (РПСА), який працює за принципом струминної термокомпресії шляхом профілюваня її проточної частини, дослідженню впливу термодинамічних параметрів і характеристик активного і пасивного потоків на процес змішування.
Проведено роботу над аналізом сучасних методик розрахунку обладнання, яке працює на базі двофазних апаратів, за для забезпечення зростання ефективності сучасних тепломеханічних систем у складі рідинно-парового струминного апарату.
Для проведення експериментальних досліджень було розроблено математичну модель та удосконалення методики розрахунку рідинно-парового струминного апарату з камерою змішування для підвищення ефективності систем на основі таких апаратів і одержанням витратних та енергетичних характеристик. Основою вхідних параметрів було взято діапазон початкових параметрів робочої рідини з сопла активного потоку профільованої дифузорної частини , при яких досягається максимальна ефективность її витікання через канали та початкові параметри робочого середовища пасивного потоку на вході у камеру змішування.
В першому розділі, у межах дослідження було виконано аналіз сучасних методик розрахунку двофазних струминних апаратів, в яких визначили, що процеси змішування двофазних потоків залежать від фізичних параметрів середовищ та геометричних характеристик камери змішування, де одним з важливих факторів є температура 370–450 К, відносна вологість 30–50%, склад пасивного потоку, а також тиск і швидкість фази. Також було визначено, що при змішуванні води і пари спостерігаються конденсаційними явища, які впливають на зміну енергетичного балансу суміші потоків на виході з апарату, а при оптимальній довжині камери змішування відносно діаметра камери забезпечується ефективний масообмін і мінімізація витрат енергії. Профілювання стінок камери змішування дозволяє покращити динаміку потоків та зменшити турбулентні втрати зі стабілізацією змішування, а оптимальний кут розкриття камери змішування значно підвищує ефективність процесу ежекції.
Була обґрунтована необхідність побудови нової математичної моделі, що враховує специфіку змішування активного та пасивного потоків у камері з профільованою геометрією. В основу числового моделювання покладено діапазон реальних параметрів робочих середовищ, які забезпечують найбільшу ефективність витікання активного потоку з сопла та втягування пасивного середовища у змішувальну зону. Визначено критичні геометричні характеристики, зокрема конфігурацію змішувальної камери, кут конфузорності, довжину та форму її профілювання.
Результати перевірені за допомогою програм з 3D моделювання, які дали змогу візуалізувати характер зміни потоку та його параметрів, під час роботи змішувальної камери, визначено оптимальні режими роботи фізичного експерименту
У другому розділі на основі розробленої математичної моделі робочого процесу камери змшування профільованої геометричної форми з використанням CFD-методів проведено числове дослідження впливу геометрії камери змішування на базі техніко-енергетичних характеристик рідинно-парового струминного апарата. Аналізуючи результати числового дослідження впливу геометричних параметрів камер змішування було встановлено низку закономірностей, які мають практичне значення для оптимізації їхньої конструкції. Застосовано моделі турбулентності (k–ε), а також методику Ейлера–Лагранжа для вивчення руху дискретних частинок та конденсаційних процесів у зоні змішування. Отримано просторові поля тиску, швидкостей та паровмісту, які дозволили визначити закономірності формування ефективного струменя та зони інтенсивного масообміну. Також було визначено оптимальні режими роботи фізичного експерименту.Результати моделювання підтвердили доцільність застосування профільованих камер змішування еліптичної, параболічної, гіперболічної та за формулою Вітошинського та показало, що найбільш ефективною є параболічна форма, яка забезпечує найвищі значення коефіцієнта швидкості (φ₃ = 0,892–0,943), які є вищими за показники конічної камери змішування, ступінь перевиробництва пари (ψ₃ = 1,2–1,8) при цьому перебуває в широкому діапазоні, що дозволяє гнучко налаштовувати робочі режими. Коефіцієнт інжекції (u = 0,028–0,036) перевищує значення для конічної камери, хоч і поступається еліптичній.
У підсумку, результати числового й експериментального моделювання, а також техніко-економічного обґрунтування, доводять, що удосконалення змішувальної камери шляхом профілювання її геометрії є дієвим засобом підвищення ефективності рідинно-парових струминних апаратів. Застосування РПСА у складі сучасних теплоенергетичних систем дозволяє досягти суттєвого зниження енергоспоживання, підвищення ексергетичної ефективності та економічної рентабельності технологічних процесів, що визначає високий потенціал подальшого розвитку цього напряму.
