پدیده چگالش همگن در جریان‌های منبسط شونده پرسرعت در تجهیزات صنعتی متعددی، مانند طبقات آخر توربین‌های بخار، جداسازهای فراصوت و رانشگرها رخ می‌دهد. در اثر کاهش دما و فشار در نازل‌های این تجهیزات، شرایط رخداد چگالش و تشکیل قطرات مایع در جریان‌های پرسرعت فراهم می‌شود. به دلیل پیچیده بودن سینتیک تشکیل و رشد قطرات، مدل‌سازی این پدیده در جریان‌های پرسرعت چندجزئی یک مسئله پیچیده و کاربردی‌ است. بسیاری از مطالعات پیشین، محدود به فرض‌های جریان گازهای ایده‌آل و رخداد تعادلی پدیده چگالش بوده‌اند که از لحاظ شرایط ترمودینامیکی حاکم، کاملا بر این پدیده منطبق نمی‌باشند. بنابراین لازم است که ضمن حذف فرضیات فوق، اثر این پدیده بر پارامترهای هدف در راستای بهبود عملکرد نازل در کاربردهای مختلف مطالعه شود. تعیین محل وقوع چگالش در جریان و همچنین مطالعه فیزیک رشد قطرات بر اساس شرایط هندسی و ترمودینامیکی ورودی نازل‌ها، از اهمیت ویژه ای برخوردار است. در حین وقوع چگالش غیر‌تعادلی، در اثر آزاد شدن گرمای نهان حاصل از تغییر فاز، دما و فشار جریان در اثر وقوع یک شوک چگالشی افزایش می‌یابد که بر ترمودینامیک جریان و عملکرد نازل‌ها اثر گذار است. در این رساله اثرات رخداد چگالش غیر‌تعادلی در جریان‎های منبسط شونده بر عملکرد نازل‌های همگرا-واگرا با تمرکز بر بهبود عملکرد پیشرانشی و جداسازی مطالعه شده است. برای این منظور ابتدا معادلات کوپل شده دینامیک گاز، مدل‌های جوانه‌زنی و رشد قطرات در جریان‌های منبسط شونده تک‌جزئی به صورت یک‌بعدی معرفی شده‌اند. سپس از طریق تعمیم معادلات حاکم بر جریان گاز دو‌جزئی، پدیده‌ی چگالش در جریان محصولات تجزیه پیشرانه هیدروژن پراکسید مدل‌سازی عددی شده است. برای افزایش دقت مدل، به ویژه در فشارهای ورودی زیاد، از معادلات حالت گاز واقعی در تعیین خواص و حالت مخلوط‌های گازی استفاده شده است. نتایج نشان می‌دهند که عبور حالت از خط اشباع جزء چگالا و تشکیل قطرات در حین انبساط جریان در بخش واگرای نازل باعث بهبود پارامترهای پیشرانشی، مانند ضریب پیشرانش، تا حدود %‌6 نسبت به حالت خشک می‌شود. به دلیل رشد کم قطرات در رژیم مولکولی آزاد، چگالش غیرتعادلی تا انتهای نازل رانشگر ادامه می‌یابد.

 

جریان چندجزئی، شوک چگالشی، جوانه‌زنی، رشد قطره، ضریب پیشرانش نازل، جداساز فراصوتCO2.