مدل سازی cfd و ساخت سونوراکتور لوله ای برای بررس اثرات امواج اولتراسونیک بر اختلاط میکرو

امواج صوتی با فرکانس بالاتر از حد شنوایی انسان (khz20) امواج اولتراسونیک نامیده می شود. ورود انرژی اولتراسونیک به درون مایع منجر به پدیده هایی مانند کاویتاسیون صوتی، تشکیل میکروجت و میکروجریان درآن شده و در نتیجه باعث افزایش درهمی و نرخ انتقال جرم می گردد. اولتراسونیک کاربردهای گسترده ای در بسیاری از صنایع شیمیایی و فیزیکی دارد. از مهم ترین تاثیرات اولتراسونیک، ایجاد اختلاط میکرو در سیالات است. بازده و عملکرد بسیاری از فرایندهای صنعتی به نحوه اختلاط مواد بستگی دارد. از نقطه نظر مهندسی، اختلاط پدیده ای است که در بسیاری از فرایندها نقش داشته و کیفیت نهایی محصولات را تحت تاثیر قرار می دهد. بازده اختلاط میکرو در بسیاری از صنایع شیمیایی مختلف از اهمیت ویژه ای برخوردار است. همواره توسعه و ساخت تجهیزاتی که بتواند اختلاط میکروی کارآمدی را بوجود آورد، توجه بسیاری از محققین را به خود جلب کرده است. در این تحقیق، یک سونوراکتور لوله ای مجهز به چهار مبدل پیزوالکتریک فرکانس بالای mhz7/1به منظور بررسی اثر این امواج بر کیفیت و بازدهی اختلاط در مقیاس ماکرو و میکرو مورد مطالعه قرار گرفته است. rtd سونوراکتور به منظور تعیین تاثیر امواج اولتراسونیک بر کیفیت اختلاط ماکرو درآن مورد مطالعه قرار گرفته است. برای تعیین کیفیت اختلاط در مقیاس میکرو، یک واکنش موازی-رقابتی مورد آزمایش قرار گرفته و فعال بودن پیزوالکتریک ها در وضعیت پایین، ورودی و خروجی سونوراکتور مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین مطالعه کالریمتری به منظور به دست آوردن بازده انرژی و توان صوتی جذب شده در بالک سیال در طول انتقال انرژی امواج به درون سونوراکتور انجام شده است. نتایج نشان می دهد با افزایش تعداد پیزوالکتریک های فعال در سیستم مقدار شاخص جدایش و همچنین زمان اختلاط به شدت کاهش می یابد. تاثیر ویسکوزیته سیال بر بازده سونوراکتور بررسی شد و ملاحظه گردید که با افزایش ویسکوزیته مایع به دلیل افزایش نیروهای ویسکوز و درنتیجه کاهش شکل گیری گردابه های بزرگ تر، اختلاط میکرو بازده پایین تری دارد. همچنین، اثر وجود میکروذرات پلیمری درون سونوراکتور، پراکندگی و حرکت این ذرات به وسیله میکروجریان های ناشی از امواج اولتراسونیک فرکانس بالا بر اختلاط مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی، جزء حجمی، اندازه میکروذرات و ویسکوزیته مایع متغیر بوده است. نتایج آزمایشگاهی نشان می دهد که حرکت و پراکندگی میکروذرات توسط امواج اولتراسونیک اختلاط میکرو را بهبود می بخشد و اندازه و جزء حجمی میکروذرات، بازده آن را تحت تاثیر قرار می دهد. به طورکلی، نتایج حاکی از آن است که این سونوراکتور قادر به ایجاد اختلاط در ابعاد میکرو است که به طور قابل ملاحظه ای مدت زمان فرایند را کاهش می دهد. در پایان، به منظور فهم بهتر عملکرد سونوراکتور و بررسی الگوی جریان های ایجاد شده توسط امواج اولتراسونیک، مدل سازی سه بعدی دینامیک سیالات محاسباتی سونوراکتور نیز انجام شده است که نتایج آن تطابق خوبی با داده های آزمایشگاهی دارد.