البخار الرطب والتآكل بالقطيرات

مع تقدّم التمدد في التوربين البخاري يهبط الضغط وتهبط درجة الحرارة؛ وبعد نقطة معيّنة يعبر البخار خط التشبع ويبدأ بالتكثف. ولذلك تعمل المراحل الأخيرة بطورين.

خسارتان متمايزتان

الخسارة الترموديناميكية. التكثف لا يجري في حالة اتزان؛ إذ يبرد البخار أولًا دون درجة التشبع ثم يتكثف عبر تنوٍّ سريع. وهذه العملية اللاعكوسة تولّد إنتروبيا وتكلّف كفاءة.

الخسارة الميكانيكية. القطيرات المتكوّنة تتخلف عن البخار؛ فتتبادل الزخم حين تصطدم بالريش وتُحدث خسارة إضافية.

التآكل

أما المشكلة الأكثر ماديةً فهي هذه: تتجمع القطيرات على الريش الثابتة فتُكوّن غشاءً، ثم يتفكك الغشاء عند الحافة إلى قطرات خشنة، وتصطدم تلك القطرات بالريش الدوارة بسرعة نسبية عالية. والنتيجة فقدٌ تدريجي للمادة عند الحافة الأمامية للريشة.

والإجراءات المضادة — شقوق إزالة الرطوبة، وتسخين الريش الثابتة، والطلاءات المقاومة، وزيادة المسافة بين المراحل — كلها قرارات هندسية يمكن تقييمها بالتحليل.

النمذجة

التكثف خارج الاتزان. النموذج الذي يفترض تغيّر طور لحظيًا عند خط التشبع لا يرى منطقة التبريد دون التشبع ولا التنوّي؛ فيخرج التنبؤ بالكفاءة متفائلًا.

مجموعتان حجميتان. القطيرات الصغيرة الناشئة بالتنوّي والقطرات الخشنة المنفصلة عن الريش الثابتة من رتبتين مختلفتين وتسلكان سلوكًا مختلفًا. والعمل بقطر متوسط واحد يُفرغ التنبؤ بالتآكل من معناه. انظر ملاحظة الجريان متعدد الأطوار.

تتبّع القطرات. تُتتبَّع مسارات القطرات الخشنة بوصفها طورًا منفصلًا؛ ويجب حساب معامل المقاومة بدلالة عدد رينولدز [1].

التفاعل العابر. الارتطام بالريش جزء من التفاعل بين العضوين الثابت والدوار، والمتوسط المستقر يمحوه. انظر ملاحظة الآلات الدوارة.

وتنبؤات التآكل ضعيفة بالقيم المطلقة؛ فيلزم الاستعمال المقارن والمعايرة على بيانات تشغيل مقيسة.

المراجع

1. Morsi, S. A. & Alexander, A. J. (1972). An investigation of particle trajectories in two-phase flow systems. Journal of Fluid Mechanics, 55(2), 193–208. DOI: 10.1017/S0022112072001806
2. International Towing Tank Conference. ITTC Recommended Procedures and Guidelines 7.5-03-02-03: Practical Guidelines for Ship CFD Applications. ITTC.