Tesla Valve for Hydrogen Decompression: Fluid Dynamic Analysis

Sammanfattning: Människans påverkan på växthuseffekten har under de senaste åren varit en mycket aktuell fråga. Det är många olika faktorer som bidrar till ett negativt avtryck på miljön, där ett stort bidrag kommer från sektorn bilindustri. Majoriteten av dagens bilar drivs på fossila bränslen som genererar skadande utsläpp på miljön. Att hitta nya alternativa bränslen som är förnyelsebara och energivänliga som kan ersätta de fossila skulle kunna leda till ett signifikant minskat avtryck på klimat och miljö. Att använda väte som bränsle och i synnerhet att driva fordonet på vätgas är ett av de alternativen då avgivna utsläpp endast består av vatten och varm luft, förutsatt att man använder sig av förnybar energi vid framställning av vätgasen. I bränsletanken återfinns ett högt tryck hos vätgasdrivna bilar, detta för att mer bränsle ska kunna förvaras och därmed öka antal mil möjliga att köra på en tank. Ett tryckfall är nödvändigt för att förse bränslecellen med vätgas vid rätt tryck, och för att uppnå högst möjliga verkningsgrad. Teslaventilen har inga rörliga delar vilket medför ett brett spektrum av applikationer i industriella situationer på grund av dess uthållighetsegenskaper. För att kunna kategorisera prestandan och uppnå optimal effekt krävs förståelse om ventilens geometriska uppbyggnad. Med rätt geometri på Tesla-ventilens olika strukturparametrar kan man uppnå ett högt tryckfall, med andra ord en hög prestanda. I denna studie har tre olika geometriska parametrar hos Tesla-ventilen undersökts för att kunna dra slutsatser och etablera deras optimala värden för bästa prestanda. Parametrarna som varit av intresse är innerradien på kurvan av Tesla-ventilen, avståndet mellan flera sammankopplade ventiler och tvärsnittets utformning. Resultaten erhölls genom numeriska metoder av Computational Fluid Dynamics simuleringar i programmet ANSYS Fluent. Resultat visade att en liten innerradie och ett längre avstånd mellan flera sammankopplade ventiler gav upphov till högre tryckfall. Tvärsnitten som undersöktes var rektangulärt och cirkulärt, där det cirkulära visade en bättre förmåga av att effektivt sänka trycket hos fluiden. Slutsatser som drogs var att cirkulärt tvärsnitt var att föredra och att en liten innerradie och ett stort avstånd mellan ventiler optimerar prestandan hos Tesla-ventiler.