شبیه سازی عددی جریان برای یک جداکننده جامد گاز با بافل ها

انتقال ذرات در جریان آرام و آشفته کاربردهای بسیاری در سیستم های احتراقی، بیولوژیک، زیست محیطی، فناوری نانو دارد. در سیستم احتراقی ذغالی و خطوط جداسازی ذرات فرار از ذغال سنگ، فرسایش مواد به وسیله برخورد ذرات جامد یک مسئله اساسی است. به همین خاطرفهم پایه از پدیده برخورد و رسوب گذاری(جداسازی ذرات جامد از جریان گاز) درطراحی وسایل مهندسی نقش مهمی دارد. برای جداسازی ذرات جامد که در واکنش های احتراقی در رایزرها و بسترهای واکنشی(داونرها) نیاز به دستگاه جداکننده ذرات با زمان اقامت کمتر از یک ثانیه می باشد. نتایج تجربی نشان داده که مدل cbqsd مزیت های زیادی از جمله راندمان جداسازی بالا، افت فشار پایین، و به ویژ ساختار متقارن و متراکم دارد. در این تحقیق یک دستگاه جداکننده جریان جامد – گاز که به دستگاه سریع جداکننده بافل ترکیبی(مدل cbqsd) نامیده می شود، با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل عددی شده است. نرم افزار فلوئنت یکی از نرم افزارهای صنعتی مهم برای شبیه سازی جریان سیال است. این نرم افزار قابلیت شبیه سازی جریانهای دو و سه بعدی را دارا است. این نرم افزار بر پایه روش حجم محدود که یک روش بسیار قوی و مناسب در روش های دینامیک سیالات محاسباتی می باشد، بنا شده است .در این تحقیق مدل های توربولانسی rng k-?، k-?و rsmوهمچنین مدل لاگرانژین برای رهگیری ذرات مورد استفاده قرار خواهد گرفت. برای حل جریان ذرات کوپلینگ فازی دو راهه مورد بررسی قرار گرفت. پس از به دست آوردن نتایج عددی و تطبیق با نتایج تجربی، تغییرات پارامترها از جمله عدد رینولدز ورودی و هندسه دستگاه مورد بررسی قرار گرفت و شرایطی که بیشترین جداسازی ذرات را ایجاد می کند، مشخص می شود. نتایج عددی نشان می دهدکه مدل توربولانسی rng مدل مناسبی نیست. چرا که سرعت متوسط ذرات را بیشتر از مقادیر واقعی نشان می دهد. این مدل نتوانست جریان های گردابه ای و همچنین جدایش جریان را که در اثر وجود بافل های جداکننده و راهنما در داخل محفظه است، به خوبی نشان دهد. مدل توربولانسی k-? نتایج بهتری را نشان می دهد و این مدل سرعت ذرات را با دقت بیشتری نشان می دهد و همچنین جریان نزدیک دیواره ها را بهتر مدل می کند اگر چه که این مدل نیز نتوانست توزیع ذرات بر روی بافل ها را به خوبی نشان دهد. در ادامه با استفاده از مدل توربولانسی پنج معادله ای تنش های رینولدز(rsm) نتایج بهتری به دست آمد این مدل سرعت و همچنین توزیع ذرات و پخش توربولانسی ذرات را به خوبی نشان داد و نتایج تطبیق بسیار خوبی با نتایج تجربی دارد. می توان گفت که مدل توربولانسی تنشهای رینولدز مدل مناسب برای بررسی این دستگاه دانست. در ادامه به بررسی تغییرات پارامترهای مهم مسئله پرداختیم. سرعت ورودی و عرض دستگاه( فاصله بین بافل راهنما و جداکننده) و همچنین دبی ذرات جامد ورودی به محفظه سه پارامتر اصلی برای جداسازی ذرات جامد از جریان گاز هستند. نتایج نشان می دهد که با افزایش سرعت ورودی راندمان جداسازی ذرات به طور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد. البته نکته قابل توجه این است که افزایش سرعت جریان جامد- گاز مسلزم امکانات و هزینه می باشد و سرعت های بالا در صنعت مورد توجه قرار نمی گیرند. این به دلیل افزایش نیروی اینرسی ذرات و غلبه بر نیروی درگ وارد از طرف سیال می باشد. با کاهش قطر ذرات راندمان جداسازی کاهش می یابد. زیرا ذرات فرصت لازم برای از جدا شدن از جریان را نداشته و توسط جریان سیال از محفظه خارج شدند. با افزایش قطر ذرات راندمان اندکی بهتر می شود اما با افزایش بیشتر قطر راندمان کاهش می یابد که به دلیل به وجود آمدن یک جریان برگشتی قوی در ناحیه زیر بافل های جداکننده تعدادی از ذرات جدا شده به جریان بر می گردند. با افزایش دبی ذرات جامد به دستگاه نتایج نشان می دهد که راندمان جداسازی 100درصد به سمت قطرهای کوچکتر می رود. راندمان کلی دستگاه همچنان بالای 90 درصد است و تغییر محسوسی ندارد کلمات کلیدی: جریان جامد-گاز، مدل ذرات گسسته، مدل توربولانسی، لاگرانژین