Title
Процесне перформансе суперсоничног гасног ејектора са конвергентно-дивегентном млазницом променљивог попречног пресека
Creator
Petrović, Andrija, 1991-, 31955303
Copyright date
2019
Object Links
Select license
Autorstvo 3.0 Srbija (CC BY 3.0)
License description
Dozvoljavate umnožavanje, distribuciju i javno saopštavanje dela, i prerade, ako se navede ime autora na način odredjen od strane autora ili davaoca licence, čak i u komercijalne svrhe. Ovo je najslobodnija od svih licenci. Osnovni opis Licence: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/deed.sr_LATN Sadržaj ugovora u celini: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/rs/legalcode.sr-Latn
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 14. 1. 2020.
Other responsibilities
mentor
Genić, Srbislav, 1963-, 12622951
član komisije
Banjac, Miloš, 1968-, 12755303
član komisije
Dorin, Lelea, 1962-, 61502473
član komisije
Stamenić, Mirjana, 1975-, 17819239
član komisije
Bugarić, Uglješa, 1965-, 12681831
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Mašinski fakultet
Alternative title
Process performances of supersonic gas ejector with variable area convergent-divergent nozzle
Publisher
[А. Петровић]
Format
146 листова
description
Машинство / Mechanical engineering
Abstract (sr)
Суперсонични гасни ејектори су широко распрострањени у различитим деловима
индустрије. Услед ограничених радних режима, примена суперсоничних гасних
ејектора са константном геометријом не даје увек задовољавајуће резултате. Стога је у
првом делу ове докторске дисертације представљена мотивација за истраживање
перформанси и коришћење суперсоничног гасног ејектора са конвергентно-
дивергентном млазницом променљивог попречног пресека, приказано на примеру
примене ових уређаја у расхладном систему за десалинацију геотермалне воде. У
другом делу дисертације приказан је развој модела за одређивање геометријских
карактериситка конвергентно-дивергентне млазнице променљивог попречног пресека.
Новоразвијена млазница се састоји од специјално профилисаног шиљка и цилиндра.
Променом позиције шиљка мења се површина критичног пресека млазнице, а
последично и масени проток гаса, док се однос између критичне и излазне површине
попречног пресека одржава константним. Овај тип млазнице је искоришћен на
примеру рада суперсоничног гасног ејектора. Валидација рада ејектора спроведена је
нумерички, експериментално и упрошћеним аналитичким моделом. Добијени
резултати нумеричког и упрошћеног аналитичког модела су поређени са
експерименталним резултатима и исти показују задовољавајуће слагање. Просечна
релативна грешка односа усисавања (ЕR) је у опсегу од 7% до 20%. Добијени резултати
потврђују да су брзине погонског гаса на излазу из ејектора у сагласности са
вредностим добијеним аналитичким путем. Иако се при струјању гасова у зони
млазнице појављују коси ударни таласи, они немају значајнији ефекат на перформансе
рада ејектора. Перформансе рада суперсоничних гасних ејектора представљене су
посредством зависности ЕR за различите положаје шиљка и различите излазне
притиске. Поред наведеног, сви недостаци који се тичу коришћења суперсоничног
гасног ејектора са новоразвијеном млазницом променљивог попречног пресека су
наглашене. У трећем делу дисертације поређене су перформансе предикције рада
ејектора аналитичких модела. Криве рада и радни режими аналитичких модела су
детаљно анализиране. На бази резултата добијених мерењима два суперсонична гасна
ејектора са млазницом променљивог попречног пресека евалуиране су перформансе
предикције коришћених аналитичких модела. Први ејектор као примарни гас користи
природни гас, док други ејектор користи гас састављен комбинацијом алкана (R2 гас).
За сваки од шест анализираних модела одређене су корелације ефикасности
компонената. Сума апсолутних релативних грешака и корелациони однос су
коришћени за процену перформанси анализираних модела. Резултати показују да је
корелациони однос најбољих модела 0,76 и 0,64 за случај ејектора са природним и R2
гасом. У циљу побољшања резултата, комбиновани модел је формиран употребом
алгоритма мешавине експерата. Поред тога, добијени резултати су приказани на
графику чије координате представљају односе површина попречних пресека и
притисака ејектора. Анализом је показано да је најбоље користити комбиновани модел
у циљу предикције перформанси рада суперсоничног гасног ејектора са конвергентно-
дивергентном млазницом променљивог попречног пресека.
Abstract (en)
Different applications of supersonic gas ejectors are found in various parts of the industry.
Due to limited operating conditions, supersonic gas ejectors with fixed geometry cannot be
successfully implemented in many applications. In the first part of this dissertation on the
example of multi-objective optimization of a water desalination plant with ejector
refrigeration system, motivation for using supersonic ejector with a variable area nozzle is
presented. In the second part of the dissertation the development of a new design
methodology for a variable area convergent-divergent nozzle, to maintain a constant nozzle
area ratio for different values of mass flow rates is shown. The validation of the presented
model was carried out on an example supersonic ejector using experimental, numerical and
analytical data. Simplified analytical (one dimensional) and computational fluid dynamics
models showed satisfactory prediction performance in comparison with the experiment. The
average entrainment ratio error was between 7% and 20%, respectively. Results confirmed
that the velocity of the primary fluid at the nozzle outlet is in accordance with the onedimensional
analysis. Although disturbances (strong and weak shock waves) are visible, their
effects are negligible. Also, supersonic ejector performances are presented through relations
between entrainment ratio, outlet pressure and spindle position. Disadvantages of variable
area nozzle utilization in ejector applications are emphasized. Due to the complicated flow
geometry of supersonic gas ejector with a variable area nozzle, performance prediction is
mainly focused on costly numerical simulations. In the third part of dissertation onedimensional
models for performance prediction of variable area gas ejector with a specially
designed nozzle were compared. Additionally, operational lines and corresponding modes
were analyzed. Two different variable area ejectors were experimentally tested. The first
ejector used natural gas as motive fluid, whereas in the second one motive gas was the
composition of alkane (R2 gas). Six distinct correlations of ejector component efficiencies
were evaluated. Sum of absolute relative errors and correlation ratio were used as the
goodness of fit criteria. The results showed that the best model has correlation ratio of 0,76
and 0,64 in the case of natural and R2 gas as motive fluids, respectively. In order to improve
the prediction performances of the entrainment ratio, the mixture of experts machine learning
technique was used. Moreover, the results of obtained conditional probabilities of models are
visualized in space spanned by area and pressure ratios. The presented analysis showed that
one model is not generally better than others and can be improved by using an ensemble of
models.
Authors Key words
суперсонични гасни ејектор, млазница променљивог попречног пресека,
конвергентно-дивергентна млазница, нумеричко моделовање, оптимизација, мешавина
експерата.
Authors Key words
supersonic gas ejector, variable area nozzle, convergent-divergent nozzle,
numerical modeling, optimization, mixture of experts
Classification
621.694:519.673(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
Суперсонични гасни ејектори су широко распрострањени у различитим деловима
индустрије. Услед ограничених радних режима, примена суперсоничних гасних
ејектора са константном геометријом не даје увек задовољавајуће резултате. Стога је у
првом делу ове докторске дисертације представљена мотивација за истраживање
перформанси и коришћење суперсоничног гасног ејектора са конвергентно-
дивергентном млазницом променљивог попречног пресека, приказано на примеру
примене ових уређаја у расхладном систему за десалинацију геотермалне воде. У
другом делу дисертације приказан је развој модела за одређивање геометријских
карактериситка конвергентно-дивергентне млазнице променљивог попречног пресека.
Новоразвијена млазница се састоји од специјално профилисаног шиљка и цилиндра.
Променом позиције шиљка мења се површина критичног пресека млазнице, а
последично и масени проток гаса, док се однос између критичне и излазне површине
попречног пресека одржава константним. Овај тип млазнице је искоришћен на
примеру рада суперсоничног гасног ејектора. Валидација рада ејектора спроведена је
нумерички, експериментално и упрошћеним аналитичким моделом. Добијени
резултати нумеричког и упрошћеног аналитичког модела су поређени са
експерименталним резултатима и исти показују задовољавајуће слагање. Просечна
релативна грешка односа усисавања (ЕR) је у опсегу од 7% до 20%. Добијени резултати
потврђују да су брзине погонског гаса на излазу из ејектора у сагласности са
вредностим добијеним аналитичким путем. Иако се при струјању гасова у зони
млазнице појављују коси ударни таласи, они немају значајнији ефекат на перформансе
рада ејектора. Перформансе рада суперсоничних гасних ејектора представљене су
посредством зависности ЕR за различите положаје шиљка и различите излазне
притиске. Поред наведеног, сви недостаци који се тичу коришћења суперсоничног
гасног ејектора са новоразвијеном млазницом променљивог попречног пресека су
наглашене. У трећем делу дисертације поређене су перформансе предикције рада
ејектора аналитичких модела. Криве рада и радни режими аналитичких модела су
детаљно анализиране. На бази резултата добијених мерењима два суперсонична гасна
ејектора са млазницом променљивог попречног пресека евалуиране су перформансе
предикције коришћених аналитичких модела. Први ејектор као примарни гас користи
природни гас, док други ејектор користи гас састављен комбинацијом алкана (R2 гас).
За сваки од шест анализираних модела одређене су корелације ефикасности
компонената. Сума апсолутних релативних грешака и корелациони однос су
коришћени за процену перформанси анализираних модела. Резултати показују да је
корелациони однос најбољих модела 0,76 и 0,64 за случај ејектора са природним и R2
гасом. У циљу побољшања резултата, комбиновани модел је формиран употребом
алгоритма мешавине експерата. Поред тога, добијени резултати су приказани на
графику чије координате представљају односе површина попречних пресека и
притисака ејектора. Анализом је показано да је најбоље користити комбиновани модел
у циљу предикције перформанси рада суперсоничног гасног ејектора са конвергентно-
дивергентном млазницом променљивог попречног пресека.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.