مطالعه ی آزمایشگاهی و شبیه سازی محفظه ی احتراق زغال سنگ با استفاده از دینامیک سیّالات محاسباتی و موازنه ی جمعیت

در این پژوهش ابتدا مسئله سیالیت و فاکتورهای موثر در طراحی و بهره برداری از محفظه های احتراق سیال و سپس معادلات کلی بقاء و انتقال مومنتوم، حرارت، جرم و جمعیت برای سیستم های چندفازی گاز-جامد و مدل های مربوطه مثل مدل های ضریب درگ، تابع توزیع شعاعی و ضریب نفوذ انرژی ذره ای مورد بررسی قرار گرفته است. سپس پایلوت بستر سیال گاز- جامد برای احتراق زغال سنگ طراحی و ساخته و نصب شد. و مخلوطی از ذرات ذغال سنگ با اندازه ذرات و نسبت وزنی مختلف به بستر با دمای بالا تزریق و با سرعت های مختلف هوای ورودی پدیده احتراق در داخل بستر به مدت 10 دقیقه انجام و توزیع دما در طول مدت احتراق ثبت وسپس بستر به صورت ناگهانی سرد و نمونه برداری از بالا و پایین بستر انجام و نمونه ها توسط غربال آنالیز و نتیجه آزمایش ها با هم مقایسه شده است. سپس با استفاده از نرم افزار mfix که مخصوص محاسبات cfd در سیستم های گاز- جامد می باشد، معادلات کلی انتقال جرم، حرارت، مومنتم و معادلات pb، معادلات حالت و سینتیک سوختن زغال سنگ به روش عددی حل شده است. از طریق روش اویلر-اویلر هر گروه از اندازه ذرات جامد به عنوان یک فاز جامد تعریف و رفتار و خواص آنها در محفظه احتراق بستر سیال مطالعه شده است. در روش اویلر- اویلر یا چند سیالی، مجموعه ای از معادلات ناویر– استوکس برای هر کدام از فازهای مورد مطالعه (یک فاز گاز و چند فاز جامد) استفاده می شود. برای هر فاز یک دسته معادلات دیفرانسیل پاره ای شامل معادله ی پیوستگی، معادله ی سرعت، معادله ی دمای ذره ای، معادلات موازنه جمعیت برای گروه های اندازه مختلف جامد به همراه سایر معادلات بطور همزمان به روش عددی حل می شوند. بسته به اینکه چه نوع برهم کنش های بین فازی در این معادلات در نظر گرفته شوند، معادلات کمکی مورد نیاز تعریف و به کار گرفته می شوند. به منظور حل عددی مجموعه معادلات با استفاده از نرم افزار ابتدا ناحیه محاسباتی تعریف و سپس به روش حجم محدود به المان های با اندازه کوچک تقسیم و برای هر المان مجموعه معادلات حل و سپس با استفاده از پردازش گرهای مخصوص، تحلیل ها و محاسبات لازم انجام شده است. و در نهایت داده های آزمایشگاهی با نتایج مدل ارائه شده مورد مقایسه و بررسی قرار گرفته است.