Parametric study of the effect of the efficiencies of an ejector's model over its capabilities

Abstract

[ES] El objetivo de este proyecto de fin de grado es el estudio paramétrico de las eficiencias del modelo de Simescape de un eyector, que es un elemento que sirve para comprimir un gas que se encuentra a baja presión (flujo secundario) aprovechando la expansión de otro gas que se encuentra a alta presión (flujo primario). El flujo primario se expande succionando el flujo secundario dando como resultado la mezcla de los dos flujos a una presión intermedia. Este elemento es muy utilizado en ciclos de eyección, que permiten la refrigeración de un sistema mediante la utilización y el reaprovechamiento del calor residual del mismo. También se utilizan eyectores en circuitos de purga o de recuperación de aceites de lubricación y en circuitos de recirculación de gases en pilas de combustible con hidrógeno. El modelo anteriormente mencionado funciona adecuadamente cuando el fluido de trabajo en su interior se encuentra completamente en fase gaseosa. No obstante, cuando se trabaja cerca de condiciones de vapor saturado pueden ocurrir fenómenos locales de condensación en los procesos de expansión que complican la confiabilidad del modelo.

Para estudiar este elemento, los modelos de un gas perfecto, semi-perfecto y real se han utilizado, simulando diferentes condiciones de operación, fijando el valor de la presión de salida y variando las presiones de entrada de los flujos primario y secundario, para así desarrollar el mapa de operación del eyector.

Este procedimiento se ha repetido variando las 4 diferentes eficiencias que gobiernan el funcionamiento de la pieza, con el objetivo final de determinar cuáles son los rangos en los que la pieza funciona adecuadamente, así como evaluar como el hecho de escoger un valor de las eficiencias u otro afecta el resultado final.

[EN] The goal of this final degree project is the parametric study of the efficiencies of the Simescape model of an ejector, which is an element that is used to compress a gas that has low pressure (secondary flow) by taking advantage of the expansion of another gas which has high pressure (primary flow). The primary flow is expanded, which sucks in the secondary flow, which gives as a result, a mixture of flows that is found at intermediate pressure. This element is very used in ejection cycles, which allows the refrigeration of systems by using and taking advantage of the residual heat from the same. They are also used in purge circuits or lubricant oil recovery and in gas recirculation in hydrogen fuel cells. The aforementioned model functions properly when the working fluid inside of it is found fully in the gas phase. However, when working close to the saturated vapor conditions, phenomena of local condensation in the expansion processes can occur, which compromises the accuracy of the model.

To study this piece, perfect, semi-perfect and real models of the gas are going to be used to simulate diverse operational conditions by fixing the outlet pressure and varying the inlet pressure of the secondary and primary flows, and using these data to generate the working map of the ejector.

This procedure is going to be repeated while altering the 4 different efficiencies that govern the operation of the piece, with the ultimate goal of determining in what ranges the piece works correctly, but also to evaluate how choosing a certain value of an efficiency affects the outcome of the results.