مدل سازي ميدان و جريان صوت به همراه كاويتاسيون در راكتور شاخه دار

كارشناسي ارشد

تأثير يك ميدان صوتي بر سيال موردبررسي مي‌تواند باعث ايجاد تغييرات فيزيكي و شيميايي شود. ازجمله اين تغييرات مي‌توان به تشكيل ميكرو حباب‌هايي در نواحي فعال از راكتور اشاره كرد. با توجه به فشار صوتي در هر يك از اين نواحي، مي‌توان رفتار هيدروديناميكي حباب را پيش‌بيني كرد. فشار صوتي در داخل راكتور با حل معادله هلمهولتز و شرايط مرزي مناسب به دست مي‌آيد. در اين نواحي اين ميكرو حباب‌ها شروع به تشكيل و رشد مي‌كنند و درنهايت متلاشي‌شده و دما و فشار قابل‌توجهي را ايجاد مي‌كنند. گازهاي به دام افتاده شده در داخل اين حباب‌ها كه در حين فروپاشي سريع حباب فرصت كافي براي فرار از داخل آن را ندارند به‌واسطه‌ي اين دما و فشار بالا راديكال‌هايي را آزاد مي‌كنند و اين راديكال‌هاي با انتشار در بالك مايع امكان انجام واكنش‌هاي شيميايي را فراهم مي‌كنند. اين امواج به دليل تضعيف به‌واسطه‌ي جذب و پراكندگي در محيط انتشار منجر به ايجاد جريان صوتي نيز مي‌شوند و اين خود به پخش شدن هر چه‌بهتر راديكال‌ها به‌صورت يكنواخت در سيال كمك مي‌كند. در اين تحقيق براي شبيه‌سازي ميدان سرعت در داخل راكتور از حل معادله نوير استوكس به همراه معادله‌هاي اغتشاش (k-ε) با در نظر گرفتن نيروي حجمي در نزديكي نوك پراب در نرم‌افزار كامسول استفاده شده است. با توجه به تحقيقات انجام‌گرفته شده در سال‌هاي اخير تأثير فشار صوتي ناشي از انتشار امواج در داخل سيال بر ديناميك حباب موردتوجه خاصي قرار گرفته نشده است. علاوه بر اين در بسياري از تحقيقات از ترم‌هاي انتقال جرم و انتقال حرارت در شبيه‌سازي ديناميك حباب صرف‌نظر شده است. هدف از اين تحقيق بررسي تأثير هندسه راكتور و همين‌طور توان اسمي راكتور بر فشار صوتي داخل آن توسط نرم‌افزار كامسول مي‌باشد و بر اساس فشار صوتي ايجادشده ناشي از انتشار اين امواج، رفتار حباب‌ها براي هر دو سيال آب و تولوئن در اين نواحي پيش‌بيني شده است. در بررسي هيدروديناميك حباب از معادله كلر-ميكسس به همراه انتقال جرم و حرارت استفاده شده است كه برخلاف معادله رايلي-پلست از دقت بسيار بالايي برخوردار مي‌باشد. علاوه بر اين به‌منظور اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي از روش سرعت سنجي تصويري ذرات (PIV) استفاده شده است كه درنهايت داده‌هاي شبيه‌سازي خطاي 17 درصدي را با داده‌هاي PIV نشان مي‌دهند. در آخر تأثير توان دستگاه بر ايجاد ميزان اغتشاش در سيستم، پارامتري مؤثر و مفيد شناخته شده است و شعاع حباب را تا حدود 600 برابر شعاع اوليه‌اش افزايش مي‌دهد اما در ارتباط با نواحي با دما و فشار بالا در داخل راكتور رفتار پيچيده‌تري را از خود نشان مي‌دهد. واژه‌هاي كليدي: امواج مافوق صوت، شبيه‌سازي، پديده كاويتاسيون، ديناميك حباب

189914

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي و شبيه سازي و كنترل فرايند

دكتر شاهرخ شاه حسيني