شبيه سازي CFD سيستم اندازه‌گيري ورتكس در جريان جامد-گاز

كارشناسي ارشد

به دليل كاربرد جريان‌هاي گاز - جامد در بسياري از سيستم‌هاي صنعتي، دستيابي به سيستم اندازه‌گيري دقيق و مطمئن براي يافتن اطلاعات لحظه‌اي و دقيق از سرعت و غلظت و ديگر ويژگي‌هاي فاز جامد در جريان گاز، براي طراحي و ساخت بهينه‌ي تجهيزات، به عنوان چالشي در حوزه‌هاي پژوهشي مطرح است. در اين پژوهش، يك روش جديد براي اندازه‌گيري اين سيستم، مورد بررسي قرار گرفته است. روش پيشنهادي، اندازه‌گيري ورتكس در جريان جامد در گاز است. اين روش در حال حاضر، در صنعت براي اندازه‌گيري ويژگي‌هاي جريان در سيستم تك‌فاز گاز يا مايع استفاده مي‌شود. در اين تحقيق، استفاده از اين روش در سيستم دوفازي جامد در گاز به منظور اندازه‌گيري سرعت و غلظت جامد در گاز مورد مطالعه قرار گرفته است. روش تحقيق، شبيه‌سازي CFD كنتور گردابه‌اي در جريان جامد – گاز است كه در آن گردابه‌هاي توليد شده در پشت موانع مختلف در سيستم سه بعدي در جريان ناآرام، با استفاده از مدل چندفازي اولرين–اولرين و مدل شبيه‌سازي آشفتگي RNG k-ε مورد مطالعه قرار مي‌گيرند. از نتايج پژوهش، دستيابي به چگونگي عملكرد كنتور گردابه‌اي با افزايش غلظت ذرات جامد در گاز است. بدين صورت كه با افزايش نسبت جرمي ذرات جامد در جريان گاز، فركانس توليد گردابه‌ها و در نتيجه عدد استروهال كاهش مي‌يابد. هم‌چنين در محدوده‌ي مطالعاتي جريان جامد –گاز رقيق از ذره، در محدوده‌ي كسر حجمي جامد 5-10 × 9 تا كمتر از 0.001 و عدد استوكس تقريبي در مرز يك و جريان ناآرام با محدوده رينولدز تقريبي 50 هزار تا 170 هزار، براي دو مانع متوالي در حاليكه با افزايش 2.6 برابري سرعت و عدد رينولدز، درصد خطي بودن عدد استروهال براي تك‌فاز گاز حدود 0.37 درصد محاسبه شد، براي مخلوط گاز-جامد حدود 44 درصد بدست آمد و در نتيجه محاسبه‌ي دبي جرمي جريان مخلوط با همان روابط كنتور گردابه‌اي براي فاز خالص، در محدوده‌ي مطالعاتي، حداكثر خطاي 64 درصد بدست مي‌دهد كه اين خطاي اندازه‌گيري با افزايش سرعت جريان كاهش مي‌يابد و رفتار مخلوط جريان گاز-جامد به رفتار فاز خالص نزديك‌تر مي‌شود تا جاييكه شايد بتوان از همان روابط كنتور گردابه‌اي مربوط به فاز خالص، استفاده كرد. هم‌چنين با استفاده از خطوط راهنماي نمودارهاي بدست آمده، مي‌توان روابط جديدي براي محاسبه‌ي دبي حجمي جريان مخلوط و يا محاسبه‌ي غلظت ذرات جامد در گاز (در صورت معلوم بودن ديگري) با يك نسبت خطاي مشخص (با استفاده از رابطه‌ي پيشنهادي در اين پژوهش براي محاسبه‌ي دبي حجمي، حدود 10 درصد) تخصيص داد. بدين ترتيب، مسيري براي تحقيقات گسترده‌تر و ارزشمند در اين حوزه، گشوده شده است.

194995

دانشگاه علم و صنعت ايران

طراحي فرايند

دكتر سيد حسن هاشم آبادي