Numerical simulation of a supersonic ejector for vacuum generation with explicit and implicit solver in openfoam

Supersonic ejectors are used extensively in all kind of applications: compression of refrigerants in cooling systems, pumping of volatile fluids or in vacuum generation. In vacuum generation, also known as zero-secondary flow, the ejector has a transient behaviour. In this paper, a numerical and experimental research of a supersonic compressible air nozzle is performed in order to investigate and to simulate its behaviour. The CFD toolbox OpenFOAM 6 was used, with two density-based solvers: explicit solver rhoCentralFoam, which implements Kurganov Central-upwind schemes, and implicit solver HiSA, which implements the AUSM+up upwind scheme. The behaviour of the transient evacuation ranges between adiabatic polytropic exponent at the beginning of the process and isothermal at the end. A model for the computation of the transient polytropic exponent is proposed. During the evacuation, two regimes are encountered in the second nozzle. In the supercritic regime, the secondary is choked and sonic flow is reached. In the subcritic regime, the secondary flow is subsonic. The final agreement is good with the two different solvers, although simulation tends to slightly overestimate flow rate for large values region.Peer ReviewedPostprint (published version

Multi-factor design for a vacuum ejector improvement by in-depth analysis of construction parameters

A vacuum supersonic ejector is an indispensable pneumatic device placed in nearly all industrial production lines. This device, also called a zero-secondary flow ejector, is characterized by the maximum entrained flow and the minimum secondary pressure. Numerical simulations were carried out by means of the CFD toolbox OpenFOAM v8 and its solver HiSA, which uses the AUSM+up upwind scheme. A single-factor analysis of eight parameters was performed to find how the ejector’s performance was enhanced or decreased, while other parameters were fixed. Four parameters were subject to further analysis to find the geometry that improves the standalone performance of the ejector. The mixing chamber length is the parameter that most improves its performance; alone it leads to a 10% improvement. A multi-factor analysis, based on a fractional factorial design, is carried out with the four relevant parameters. Results indicate that the multi-factor analysis enhances the performance of the ejector by 10.4% and the mixing chamber length is the factor that most influences the improvement. Although a multi-factor design improves the performance, no significant relevance has been detected with respect to the mixing chamber length improvement alone. The improved performance of this device leads to a reduction in operating time and, as a consequence, results in significant energy savings.Peer ReviewedPostprint (published version

Estudi i implementació d’un ByPass automàtic per a millorar el sistema hidràulic de refrigeració de l’àrea experimental pels laboratoris del Sincrotró ALBA de Cerdanyola del Vallès

La instal·lació hidràulica de refrigeració del sincrotró es basa en un sistema de 4 anelles que alimenten les àrees del sincrotró. Cada àrea té un conjunt d’equipament que necessita ser refrigerada. Concretament, l’àrea d’experiments, es troba al 25% de la capacitat que aquesta pot tenir. Això és degut que actualment només hi ha 7 de les 33 línies explotables de la instal·lació. Aquesta instal·lació per qüestions d’economia de disseny consta d’un conjunt de canonades a la mateixa secció i a la mateixa alçada. Hi ha un conducte per la impulsió i un pel retorn. Per aquest conjunt de fets s’hi provoca que la distribució de velocitats va reduint-se progressivament (on teòricament a l’últim punt és igual a zero). Les grans instal·lacions hidràuliques han de complir i vigilar que no rebaixar una velocitat mínima en el flux d’aigua. El motiu és perquè s’hi acumula aire que no permet una purga senzilla ja que el flux no porta prou velocitat per a empènyer-lo. Actualment hi ha mètodes de purga total que són ineficients (comporten l’aturada del sincrotró durant un dia) però permeten solucionar temporalment el problema. Se’n desprenen dos problemes directes: augmenta la caiguda pressió del sistema, que fa treballar més les bombes, i l’aire potencia l’oxidació i corrosió dels equips que es vol refrigerar[1]. La intenció del projecte és caracteritzar la instal·lació actual, establir un criteri tècnic per seleccionar la velocitat mínima permesa dins dels conductes, proposar una solució constructiva que agilitzi el manteniment o bé que l’eradiqui, i implementar-l

Numerical study of the flow in a laminar barrier inerting for melting furnace

The main objectives are:Build and mesh teh geometry for numerical analysisPerform the numerical analysis with thermal effectsFind the best flow configuration for the melt furnaceThe objective of this project is to numerically study the correct flow rate in a Laminar Barrier Inerting method for induction melting

Estudi i implementació d’un ByPass automàtic per a millorar el sistema hidràulic de refrigeració de l’àrea experimental pels laboratoris del Sincrotró ALBA de Cerdanyola del Vallès

La instal·lació hidràulica de refrigeració del sincrotró es basa en un sistema de 4 anelles que alimenten les àrees del sincrotró. Cada àrea té un conjunt d’equipament que necessita ser refrigerada. Concretament, l’àrea d’experiments, es troba al 25% de la capacitat que aquesta pot tenir. Això és degut que actualment només hi ha 7 de les 33 línies explotables de la instal·lació. Aquesta instal·lació per qüestions d’economia de disseny consta d’un conjunt de canonades a la mateixa secció i a la mateixa alçada. Hi ha un conducte per la impulsió i un pel retorn. Per aquest conjunt de fets s’hi provoca que la distribució de velocitats va reduint-se progressivament (on teòricament a l’últim punt és igual a zero). Les grans instal·lacions hidràuliques han de complir i vigilar que no rebaixar una velocitat mínima en el flux d’aigua. El motiu és perquè s’hi acumula aire que no permet una purga senzilla ja que el flux no porta prou velocitat per a empènyer-lo. Actualment hi ha mètodes de purga total que són ineficients (comporten l’aturada del sincrotró durant un dia) però permeten solucionar temporalment el problema. Se’n desprenen dos problemes directes: augmenta la caiguda pressió del sistema, que fa treballar més les bombes, i l’aire potencia l’oxidació i corrosió dels equips que es vol refrigerar[1]. La intenció del projecte és caracteritzar la instal·lació actual, establir un criteri tècnic per seleccionar la velocitat mínima permesa dins dels conductes, proposar una solució constructiva que agilitzi el manteniment o bé que l’eradiqui, i implementar-l

Numerical study of the flow in a laminar barrier inerting for melting furnace

The main objectives are:Build and mesh teh geometry for numerical analysisPerform the numerical analysis with thermal effectsFind the best flow configuration for the melt furnaceThe objective of this project is to numerically study the correct flow rate in a Laminar Barrier Inerting method for induction melting

Simulation of ejector for vacuum generation

Supersonic ejectors are used in a wide range of applications such as compression of refrigerants in cooling systems, pumping of volatile fluids, or vacuum generation. The objective of the present paper is to mesh and simulate, in an OpenFOAM environment with an open access implicit density-based solver HiSA, the physics of the vacuum ejector, and, later, compare the results with experimental measurements. In order to achieve this a 2D axisymmetric mesh made by hexahedral cells has been created. Steady solutions have been obtained, with prescribed total pressure in primary and secondary inlets. Secondary total pressure ranges from 1 to around 0.2 bar in which the secondary flow is zero. Numerical results are compared with experimental measurement, with two flowmeter sizes for small flow rate accuracy. Two regimes are encountered. In supercritic regime the secondary is chocked and sonic flow is reached in the second nozzle. In subcritic regime, the secondary flow is subsonic. The agreement is good, although simulation tends to slightly overestimate flow rate for large values regionPostprint (published version

Numerical simulation of a supersonic ejector for vacuum generation with explicit and implicit solver in openfoam

Supersonic ejectors are used extensively in all kind of applications: compression of refrigerants in cooling systems, pumping of volatile fluids or in vacuum generation. In vacuum generation, also known as zero-secondary flow, the ejector has a transient behaviour. In this paper, a numerical and experimental research of a supersonic compressible air nozzle is performed in order to investigate and to simulate its behaviour. The CFD toolbox OpenFOAM 6 was used, with two density-based solvers: explicit solver rhoCentralFoam, which implements Kurganov Central-upwind schemes, and implicit solver HiSA, which implements the AUSM+up upwind scheme. The behaviour of the transient evacuation ranges between adiabatic polytropic exponent at the beginning of the process and isothermal at the end. A model for the computation of the transient polytropic exponent is proposed. During the evacuation, two regimes are encountered in the second nozzle. In the supercritic regime, the secondary is choked and sonic flow is reached. In the subcritic regime, the secondary flow is subsonic. The final agreement is good with the two different solvers, although simulation tends to slightly overestimate flow rate for large values region.Peer Reviewe