مطالعه تجربی و شبیه سازی عددی اثرات هندسی ستون بر انتقال حرارت و هیدرودینامیک جریان در راکتورهای دو فازی گاز- مایع به کمک دینامیک سیالات محاسباتی

ستون های حبابکار به دلیل ساختار ساده و بالا بودن میزان انتقال جرم و حرارت به طور گسترده در صنایع شیمیایی، پتروشیمی، متالوژی و بیولوژیکی مورد استفاده قرار می گیرند. این گونه راکتور ها معمولاً وقتی استفاده می شود که بین دو فاز تماس دهنده سطح مشترک زیادی لازم باشد و یا زمانی که کنترل دمایی دقیق برای یک واکنش لازم باشد. اینگونه راکتور ها می توانند به صورت سه فازی نیز وجود داشته باشند در این حالت یک جامد سوسپانسیونی به عنوان فاز سوم به سیستم اضافه می کنند. یک حوزه کاربردی مهم ستون های حبابی استفاده از آن ها به عنوان بیوراکتورهایی است که در آنها میکروارگانیسم ها به منظور تولید محصولات با ارزش صنعتی مانند آنزیم ها، پروتئینها، آنتی بیوتیکها و غیره مورد استفاده قرار می گیرند از پدیده های موثر در عملیات اینگونه راکتور ها می توان به متغیر های عملیاتی اشاره کرد. عموما طراحی راکتورهای ستون حبابی بستگی به تعیین مشخصات انتقال جرم و گرما، مشخصات مخلوط و سینیتیک شیمیایی سیستم واکنش دارد به منظور طراحی بهتر راکتورهای ستون حبابی باید رژیم جریان و یا به عبارت دیگر پارامتر های هیدرودینامیکی جریان مورد ارزیابی قرار گیرند دینامیک سیال در راکتورهای ستون حبابی اثر قابل توجهی بر عملیات و عملکرد ستون های حبابی دارد بنابر این بررسی هیدرودینامیک حبابها نسبت به بقیه موارد از همه مهمتر می باشد. ماندگی گاز یک پارامتر کلیدی بدون بعد برای مقاصد طراحی است که پدیده انتقال ستون های حبابی را مشخص می کند و اساسا به عنوان کسر حجمی گاز اشغال کننده توسط حباب های گازی می باشد. از عوامل موثر بر میزان ماندگی فاز گاز در داخل ستون می توان به ویژگیهای مایع، ابعاد ستون، درجه حرارت و فشار عملیاتی، طراحی توزیع کننده و نیز ویژگیهای فاز جامد اشاره نمود. بنا بر این در این پژوهش به بررسی اثر ناودانی ستون بر میزان هلدآپ و میزان انتقال حرارت در داخل ستون و همچنین اثر نسبت ارتفاع به قطر ستون و نیز اثر انواع توزیع کننده افزایش دبی جریان پرداخته شده و نتایج گزارش شده است. همچنین به مقایسه نتایج آزمایشگاهی با نتایج حاصل از شبیه سازی به کمک فلوئنت پرداخته شده و دیده شده که شبیه سازی با خطای کمتر از% 10نتایج قابل قبولی را ارائه نموده است.