Computational fluid dynamics analysis for optimization design of the supersonic nozzle used in ejector refrigeration system

Abstract

This research investigates the Computational fluid dynamics analysis for optimization design of the supersonic nozzle used in ejector refrigeration system using ANSYS Fluent 2024 for computational fluid dynamics simulations. The study analyzes the effects of different nozzle exit diameters 5.48 mm, 6.48 mm, and 7.48 mm. The ejector parameters include a mixing chamber with an inlet angle of 1.67°, a throat length of 15.96 mm, and a subsonic diffuser with an angle of 6°. The simulations are conducted within generator saturation temperatures of 85°C – 95°C, evaporator temperatures of 5°C – 10°C, and a constant condenser temperature of 28°C. Two refrigerants, R1233zd and R1224yd, were used in the simulations. The results indicate that the 6.48 mm nozzle exit is the most suitable, as it provides the highest Mach number 2.85 and the highest mass entrainment ratio of 0.570 when using R1233zd with an evaporator temperature of 6°C. As the evaporator temperature increases to 8–10°C, the optimal nozzle exit diameters to 5.48 mm, where the mass entrainment ratio reaches a maximum of 0.72. Furthermore, a comparison of refrigerants reveals that R1233zd consistently yields higher sound speed and mass flow ratios than R1224yd in all cases.

งานวิจัยนี้ศึกษาการวิเคราะห์ความเร็วเหนือเสียงที่เหมาะสมของหัวฉีดในอีเจ็คเตอร์สำหรับระบบทำความเย็น โดยใช้โปรแกรม ANSYS Fluent 2024 ในการจำลองพลศาสตร์ของไหล เชิงคำนวณเพื่อวิเคราะห์ผลกระทบของขนาดปากทางออกของหัวฉีดอีเจ็คเตอร์ที่มีค่า 5.48 mm. 6.48 mm. และ 7.48 mm. พารามิเตอร์ของอีเจ็คเตอร์ประกอบด้วย สัดส่วนท่อผสม (Mixing Chamber) ที่ส่วนทางเข้ามีขนาดมุม 1.67° และมีขนาดความยาวที่ท่อผสมส่วนกลาง (Throat) อยู่ที่ 15.96 มม. และท่อเพิ่มความดัน (Subsonic Diffuser) มีขนาดมุมที่ 6° โดยการจำลองทำภายใต้ช่วงอุณหภูมิของเครื่องกำเนิดไอที่ 85-95°C, อุณหภูมิของเครื่องระเหยที่ 5–10°C และอุณหภูมิของคอนเดนเซอร์คงที่ที่ 28°C โดยใช้สารทำความเย็น R1233zd และ R1224yd เป็นสารทำความเย็นในระบบ ผลการวิเคราะห์พบว่า ขนาดปากทางออกหัวฉีดอีเจ็คเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดคือ 6.48 mm. เนื่องจากมีค่าความเร็วของเสียงสูงสุดคือ 2.85 และมีอัตราส่วนเชิงมวลสูงสุดที่ 0.570 เมื่อใช้ สารทำความเย็น R1233zd ที่อุณหภูมิเครื่องระเหย 6°C และในช่วงอุณหภูมิของเครื่องระเหยเพิ่มขึ้นเป็น 8–10°C ขนาดหัวฉีดที่เหมาะสมจะเปลี่ยนเป็น 5.48 มม. โดยสามารถให้อัตราส่วน เชิงมวลสูงสุดถึง 0.72 นอกจากนี้ การเปรียบเทียบสารทำความเย็นพบว่า R1233zd ให้ค่าความเร็วของเสียงและอัตราส่วนเชิงมวลสูงกว่าสารทำความเย็น R1224yd ในทุกกรณี