تاثير الگوي تزريق گاز بر اختلاط ذرات در بسترهاي سيال گاز-جامد

كارشناسي ارشد

چكيده بسترهاي سيال گاز-جامد، به دليل فراهم نمودن نرخ بالاي انتقال جرم و حرارت، يكي از پركاربردترين تجهيزات صنعتي مي¬باشند. يكي از پارامترهاي مؤثر در عملكرد بسترهاي سيال، اختلاط ذرات مي¬باشد. در اين پژوهش با استفاده از شبيه‌سازي ‌هاي CFD-DEM به مطالعه اختلاط كلي و محلي در يك بسترسيال گاز-جامد پرداخته¬ايم. به¬منظور بهبود كيفيت اختلاط از الگوهاي مختلف تزريق، شامل متمايل به مركز (CeOIP)، متمايل به كناره¬ها (CoOIP) و يكنواخت (UIP) استفاده شده است. در محاسبه كمي اختلاط كلي (ماكرو) و محلي (ميكرو) به ترتيب از شاخص نزديك‌ترين فاصله و مفاهيم مدل¬سازي تئوري سينتيكي جريان¬هاي دانه اي استفاده شده است. اعتبارسنجي با استفاده از مقايسه متوسط حركت ذرات شبيه¬سازي¬ها با آزمايش تجربي انجام شده است. براي بدست آوردن الگوي متوسط حركت درات از يك بستر شبه-دوبعدي و روش PIV-DIA استفاده شده است. نتايج شبيه سازي در سرعت هاي مختلف هواي ورودي به ترتيب 25/1، 5/1، 75/1 و 2 برابر سرعت Umf و قطر ذرات به ترتيب 2، 5/2 و 3 ميليمتر نشان مي¬دهد؛ با افزايش سرعت هواي ورودي از Umf25/1 تا Umf2، زمان اختلاط كلي در دو جهت طولي و عرضي در تمامي الگوهاي تزريق كاهش مي¬يابد. در اختلاط عرضي، الگوي متمايل به مركز در سرعت¬ Umf25/1، Umf75/1 و Umf 2 داراي كمترين زمان رسيدن به اختلاط مي¬باشد و در سرعت¬ Umf5/1، الگوي متمايل به كناره¬ها باعث كاهش زمان اختلاط مي¬شود. با افزايش سايز ذرات از 2 تا 3 الگوي تزريق يكنواخت باعث بهبود كيفيت اختلاط عرضي مي¬شود. در اختلاط طولي، الگوي متمايل به مركز در همه¬ي سرعت¬ها، كمترين زمان در رسيدن به اختلاط را دارد و با افزايش سايز ذرات، الگوي تزريق يكنواخت باعث بهبود كيفيت اختلاط مي¬شود. در بررسي اختلاط محلي، با افزايش سرعت هواي ورودي در تمامي الگوها، متوسط دماي دانه¬اي، متوسط ضريب نفوذ، متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش در طول بستر افزايش مي¬يابد. در تمامي سرعت¬هاي هواي ورودي، الگوي متمايل به مركز، متوسط دماي دانه¬اي و متوسط ضريب نفوذ و در، الگوي متمايل به كناره¬ها، متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش بالاتري را در طول بستر نشان مي¬دهد. در تمامي الگوهاي تزريق، ذرات با بيشترين قطر، داراي متوسط دماي دانه¬اي و متوسط ضريب نفوذ بالاتر و ذرات با كمترين قطر، داراي متوسط دماي دانه¬اي حبابي و متوسط ضريب پخش بيشتري، درطول بستر هستند. واژه‌هاي كليدي: اختلاط، الگوي تزريق، بسترسيال، CFD-DEM، PIV-DIA

191717

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكتر سلمان موحدي راد