مدل سازی و شبیه سازی انتقال حرارت گاز-جامد در بسترهای فواره ای با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی (cfd)

بسترهای فواره ای به عنوان تماس دهنده های گاز-جامد، به طور گسترده ای در فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی نظیر خشک کردن ذرات جامد، صنایع دارویی، پوشش دهی ذرات جامد، گرانوله سازی و صنعت تصفیه آب و فاضلاب به کار برده می شوند. به لطف توانایی های محاسباتی با پیشرفت الگوریتم های عددی و درک عمیق تر از پدیده های جریان چندفازی، مدل سازی با روش دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) در سال های اخیر به ابزاری قدرتمند برای فهم جریان گاز-جامد تبدیل شده است. با مروری بر پژوهش های انجام گرفته در زمینه مدل سازی و شبیه سازی بسترهای فواره ای، دیده می شود که علی رغم بررسی های فراوان صورت گرفته در زمینه هیدرودینامیک این سامانه ها، بررسی های انجام گرفته در زمینه توزیع حرارت اندک می باشد. در بسیاری از کاربردهای بسترهای فواره ای هم چون خشک کردن ذرات، راکتورهای شیمیایی و فرآیندهای زیستی دمای نقاط مختلف بستر باید تحت کنترل باشد و آگاهی از توزیع حرارت در نقاط مختلف بستر امری ضروری می باشد. بنابراین برای استفاده موثر از بسترهای فواره ای، باید از توزیع حرارت درون بستر اطلاع کافی داشت. در این پژوهش، شبیه سازی عددی با استفاده از نرم افزار fluent به منظور بررسی توزیع حرارت در بسترهای فواره ای انجام گرفت. برای انجام شبیه سازی، از دیدگاه اولرین-اولرین به کمک تئوری جنبشی جریان دانه ای استفاده شد. با توجه به اینکه به منظور انجام دادن یک شبیه سازی مناسبی از توزیع حرارت، باید شبیه سازی هیدرودینامیک به درستی انجام گرفته باشد، در این پژوهش شبیه سازی هیدرودینامیک با دقت بالایی انجام گرفت. مقادیر مختلف ضریب پراکندگی و ضریب ارتجاعی مورد بررسی قرار گرفته و با مقایسه نتایج شبیه سازی با نتایج تجربی، مقادیر بهینه آنها مشخص گردید. اثر آشفتگی بر روی نتایج مورد بررسی قرار گرفته و در نهایت مقایسه ای بین شبیه سازی دوبعدی و سه بعدی صورت گرفت. اعتبارسنجی در زمینه هیدرودینامیک به صورت کیفی و کمی انجام گرفت. بعد از انتخاب مدل مناسب برای پیش گویی رفتار جریان ذرات، مدل های حرارتی نیز به¬منظور بررسی توزیع حرارت در این سامانه ها اضافه شده و توسط نرم افزار fluent حل شدند. نتایج توزیع حرارت حاصل از شبیه سازی، با نتایج تجربی مقایسه شده و مطابقت قابل قبولی دیده شد. در نهایت اثر متغیرهای مختلف بر روی انتقال حرارت در این سامانه ها مورد بررسی قرار گرفت.