بررسی نشست ذرات و مطالعه اثر عوامل مختلف بر انتقال ذرات بر روی یک سطح تخت شیب دار در جریان آشفته

نشست ذرات معلق بر روی سطوح یکی از موضوع های بسیار با اهمیت در بسیاری از صنایع منجمله تهویه مطبوع و فیلتراسیون می باشد. نشست ذرات تحت تاثیر عوامل مختلف انتقال ذره رخ می دهد. این عوامل غالبا نفوذ، الکتروفورسیس، ته نشینی، برخورد، ترموفورسیس و توربوفورسیس هستند. فهم هر چه بیشتر اثر این عوامل بر نشست ذرات در طراحی هر چه بهتر سیستم های صنعتی از قبیل فیلتراسیون نقش بسزایی دارد. استفاده از روش های محاسباتی و تجربی می تواند در فهم هر چه بیشتر عوامل موثر بر نشست ذرات کارگر باشد. لذا در این پژوهش پیش بینی سرعت نشست ذرات با حضور تمامی عوامل انتقال ذره مورد توجه قرار گرفت. برای تحقق این امر از روش های محاسباتی و تجربی در جریان آشفته استفاده گردید. در این پژوهش ابتدا سرعت نشست ذرات با استفاده از روش محاسباتی تعیین گردید. در روش محاسباتی ترکیب جداگانه مدل های توربولانس و با مدل استاندارد دو فازی اویلری برای پیش بینی سرعت نشست ذرات به کار گرفته شد و نتایج بدست آمده با نتایج تجربی و محاسباتی در تحقیقات گذشته مقایسه شد. عوامل موثر بر انتقال ذره یعنی نفوذ براونین و آشفته، ترموفورسیس، توربوفورسیس، الکتروفورسیس، درگ، لیفت ، وزن و زبری سطح بر نشست ذرات در مدل محاسباتی در نظر گرفته شد و تاثیر آنها بصورت جداگانه بر سرعت نشست ذرات مورد بررسی قرار گرفت. ترکیب های دوتایی الکتروفورسیس-نفوذ، الکتروفورسیس- توربوفورسیس ، ترموفورسیس - توربوفورسیس، ترموفورسیس -الکتروفورسیس ، ترموفورسیس- نفوذ، ترموفورسیس- وزن و ترموفورسیس -زبری بطور جداگانه مورد مطالعه قرار گرفتند. نتایج حاصله نشان دادند که مدل های آشفته و بدلیل پیش بینی دقیق مشخصات آشفته جریان، سرعت نشست ذرات را با دقت خوبی نسبت به نتایج آزمایشگاهی پیش بینی می کنند. حضور همزمان نیروهای الکترواستاتیک کولومبی و آیینه ای در یک جریان ایزوترم بر روی یک صفحه قائم باعث می شود الکتروفورسیس در دامنه گسترده تری از قطر ذرات موثر باشد. نتایج همچنین نشان دادند که در حضور همزمان ترموفورسیس و الکتروفورسیس، ترموفورسیس نقش موثرتری بر نشست ذرات دارد. در قسمت دیگری از این پژوهش مدل محاسباتی فاز ذره ساده سازی و دو مدل جدیدپیشنهاد گردید. مدل های پیشنهاد شده اغلب عوامل موثر بر انتقال ذره را پیش بینی می کنند. نتایج نشان دادند که مدل های جدید با دقت بسیار خوبی نسبت به نتایج تجربی در تحقیقات گذشته، نشست ذرات را پیش بینی می کنند. مدل های پیشنهاد شده قابل استفاده در محیط های داخلی و خارجی می باشند. همچنین می توانند در حداقل زمان نسبت به مدل اولیه، سرعت نشست ذرات را در حضور عوامل مختلف پیش بینی کنند. در این رساله با بهره گیری از روش تجربی سرعت نشست ذرات در یک محفظه مکعبی برای نمونه های مختلف ذره در شرایط متفاوت اندازه گیری و با نتایج حاصل از مدل های محاسباتی و نتایج تجربی در تحقیقات گذشته مقایسه شد. نتایج نشان دادند که نشست ذرات در اغلب نمونه ها تحت کنترل عامل ترموفورسیس است و با افزایش دبی حجمی ورودی به محفظه، نقش نفوذ بر نشست ذرات موثرتر می شود.