طراحي، شبيه‌سازي و بهينه‌سازي يك راكتور كاويتاسيون هيدروديناميكي

كارشناسي ارشد

توانايي كاويتاسيون براي آزاد كردن انرژي در شكلي مطلوب و تمركزيافته و در مقياس‌هاي طولي و زماني، آن را به يك ابزار جذاب براي تغيير شكل و انتقال انرژي تبديل مي‌كند. كاويتاسيون هيدروديناميكي انعطاف‌پذيري بالايي ازنظر شرايط عملياتي و هندسي دارا است و با بهينه‌سازي درست آن مي‌توان به بازدهي بالايي از انرژي رسيد. براي اعتبارسنجي كاربرد جريان كاويتاسيون براي سيستم‌هاي جريان فشار بالا، يك مطالعه اصولي از جريان فشار بالا از طريق صفحه اريفيس در يك لوله با سطح مقطع ثابت در دامنه وسيعي از شرايط عملياتي ارائه شده است. در اين پژوهش هدف شبيه‌سازي يك راكتور متداول كاويتاسيوني، اعتبار سنجي آن با داده‌هاي عمومي تجربي و حركت به سمت ارائه يك طرح مفهومي از راكتور ارتقا يافته كاويتاسيون هيدروديناميكي هست.تركيبي از روش‌هاي تئوري، عددي CFD و تجربي براي بررسي مشخصه‌هاي جريان دوفازي به كار گرفته شد كه اعتبارسنجي دبي حجمي ورودي را در اين سه قسمت به همراه داشت. دراين مطالعه آب به عنوان سيال كاري با فشارهاي مختلف 4-7 بار در لوله اي به طول 235 ميلي متر، قطر لوله 30 ميلي متر و قطرهاي مختلف اريفيس 2/2 ميلي متر، 4/4 ميلي متر و 8/8 ميلي متر با استفاده از معادله ويسكوزيته به صورت k-ε با استفاده از نرم افزار فلوئنت شبيه سازي شده و در ادامه پارامترهاي عملياتي بر افت فشار مورد بررسي قرار گرفت. اعتبارسنجي طول ناحيه كاويتاسيون در شرايط ناپايا براي سه قسمت شبيه‌سازي CFD،تئوري و آزمايشگاهي مطابقت قابل قبولي را به همراه داشت، به طوري كه دبي حجمي ورودي درفشار 7 بار براي نتايج آزمايشگاهي 25 ليتر بر دقيقه،نتايج تئوري 31/24 ليتر بر دقيقه و نتايج شبيه سازي CFD 24 ليتر بر دقيقه ارائه شدكه خطاي كلي نتايج شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي 4درصد و با نتايج تئوري 27/1 درصد گزارش شد.علاوه بر اين، از مدل‌هاي عددي مشخص شد كه هندسه اريفيس با قطر 4/4 ميلي‌متر و فشار ورودي 7 بار و فشار بخار 4/7381 پاسكال داراي شاخص تشكيل كاويتاسيون بهتر و فشار فروپاشي مناسب و البته زمان بازيابي فشار استاتيكي مناسبي را ارائه داد.

209138

دانشگاه علم و صنعت ايران

مهندسي شيمي

دكترمحمدامين ثباتي