بررسي آزمايشگاهي و مدل سازي اثر پاشش روي الگوي جريان بستر سيال

دكتري تخصصي

بنا به اهمّيت پراكنش فاز مايع در راكتورهاي بالارونده، بررسي تجربي و شبيه‌سازي ويژگي‌ها و مشخّصه‌هاي هيدروديناميكي يك بسترسيال سه‌فازي مورد توجّه قرار گرفته است. يك مدل سه‌بعدي ناپايا، يك شبيه‌سازي سرد با رويكرد اويلري؛ مشابه شرايط واقعي جريان صورت گرفت. در كار حاضر، معادلات حاكم، شامل پيوستگي، حرارت و ممنتوم براي تك‌تك فازها، همچنين يك معادله دماي دانه‌اي در جهت تبيين برهم¬كنش ذرّات جامد مطابق تئوري سينتيك جريان دانه‌اي و يك مدل اغتشاش پراكنده، براي توصيف اثرات آشفتگي جريان چندفازي در چارچوب روش حجم محدود به‌كار گرفته شدند. در بخش انجام آزمايش‌هاي تجربي؛ با برپايي يك سامانه بستر سيال علاوه بر اندازه‌‌گيريماندگي جامد به كمك حسگرهاي ديودي مادون قرمز؛ در تعيين سرعت ذرّات جامد نيز از شيوه رديابي نگاره‌ايذرّات (PIV) و به كمك دوربين‌هاي برداشت سريع تصويريبهره گرفته شد. با اعمال الگوريتم همبستگي متقابل، مقاديرمحلّي و توزيع سرعت محوري و شعاعي ذرّات در ترازهاي مختلف راكتور بالارونده بدست آمدند. بر پايه رژيم حمل بادي،الگوهاي جريان سه فازي در بستر سيال چرخشي در محدودهسرعت¬هاي مختلف ظاهري گاز از 4 تا 10 متر بر ثانيه و نرخ¬هاي بارگذاري ذرّاتجامد تا300كيلوگرم بر مترمربع- ثانيه در نظر گرفته شده وارزيابي شدند. ناحيه مياني راكتور بالارونده، جايي كه ذرّات جامد ناشي از ممنتوم گونه‌ي مايع تبخيرشونده شتاب مي¬گيرند؛ پيچيده¬ترين قسمت بستر سيال است لذا با وجودانتقال شديد گرما ازذرّات جامد داغ و ناهمگني جريان،شرايط تبخير در سطح مايع و شدّت آشفتگي در حوالي ناحيه تزريق مايعمدل¬شد. بر اين اساس در نتيجه‌ي توسعه مدلSHED و برآورد عمق نفوذ مايع، اندازه قطر قطره در هر تراز از بالارونده بدست آمدند. در فرايند ريزافشاني مايع نيز به موجب تغييرات ذاتي در شرايط جريان، سير كاهش اندازه قطراتتخليه شده از نازل مدل‌سازي شد. براي سنجش اهمّيت اثر تبخير مايع روي عملكرد بالارونده، يك مطالعه پارامتري نيز با در نظرگرفتن متغيّرهاي مستقل نظير سرعت ظاهري گاز(m/s)، نرخ جريان جرمي ذرّات جامد(kg/s)، نرخ جريان حجمي مايع تبخيرشونده (l/s)روي پاسخ (سرعت ذرّات جامد) انجام شد. نتايج شبيه‌سازي دوفازي نشان دادند كه در اكثر مقاطع يك توزيع سهموي از سرعت ذرّات وجود دارد، به‌گونه¬اي كه سرعت در نزديكي ديواره بستر، مقادير كمتري نسبت به نواحي مياني دارد. متقابلاً، نتيجهشبيه¬سازي سه‌فازي آشكار مي¬كند كه فاز سوم تغييرات عمده¬اي را در الگوي جريان ايجاد نموده و سمت و سوي پرشتاب ذرّات جامد به جانب ميانه بستر متمايل مي¬شود. نتايج شبيه‌سازي بر پايه CFD، مطابقت خوبي با داده‌هاي تجربي كار حاضر دارد.

191703

دانشگاه علم و صنعت ايران

دكتر يعقوب بهجت

شبيه سازي و طراحي فرايندها

دكتر شاهرخ شاه حسيني