نام پژوهشگر: هما اسلامی مهدی آبادی
هما اسلامی مهدی آبادی فرهاد شهرکی
امروزه به دلیل عملیات زیست محیطی و افزایش سود آوری صنایع، توجه زیادی به بهینه کردن راندمان کلی فرآیندهای تولید و کمینه کردن مواد زائد می شود. طراحی موثر و کارآمد تجهیزات فرآیندی با توزیع درست جریان سیال می تواند انرژی و مواد را به طور مناسب انتقال دهد. روش سنتی تولید از آزمایشگاه به نیمه صنعتی و سپس به مقیاس صنعتی به دلیل هزینه های زیاد آن مقرون به صرفه نیست، بنابراین استفاده از روش های محاسباتی ضروری می باشد. دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) یکی از فناوری های توانمند است که به مهندسان فرآیند این امکان را می دهد تا درک و پیش بینی مطلوبی از پدیده های انتقال در تجهیزات فرآیند بدست آورند و طراحی را تغییر دهند. راکتورهای بستر ثابت به طور وسیع در صنایع شیمیایی و بیوشیمی استفاده می شود. مهم ترین سوال مطرح شده در طراحی این بسترها مسئله توزیع مناسب جریان سیال درون بستر می باشد که روی افت فشار و عملکرد حرارتی آن تأثیر بسیار زیادی دارد. مطالعات آزمایشگاهی بسیار زیادی روی افت فشار بسترهای ثابت انجام شده است. بر اساس این آزمایشات روابط تجربی برای محاسبه افت فشار درون بسترهای ثابت ارائه شده است. با استفاده از دینامیک سیالات محاسباتی می توان افت فشار و توزیع مناسب جریان سیال درون بستر را بدست آورد که تأثیر مستقیم روی انتقال حرارت درون بستر دارد و از تشکیل نقاط داغ درون بستر جلوگیری می کند. برای رسیدن به توزیع مناسب جریان درون این بسترها مهم ترین عوامل تأثیر گذار روی هیدرودینامیک آن ها از قبیل شکل ذرات، نحوه چیدمان ذرات درون بستر، اندازه بستر و اندازه ذرات با استفاده از cfd مورد بررسی قرار گرفت. نتایج شبیه سازی نشان داد که بستر پر شده از ذرات کروی در مقایسه با ذرات استوانه ای افت فشار و ضریب درگ کم تری دارد. در بررسی نحوه چیدمان ذرات مشاهده شد چیدمان منظم ذرات افت فشار کم تری دارد. اما با نامنظم تر شدن چیدمان ذرات مقدار خطا در مقایسه با روابط تجربی کم تر شده و بستر به حالت ایده آل نزدیک تر می شود. همچنین با افزایش قطر بستر و کاهش طول بستر، افت فشار و ضریب درگ کاهش می یابد. ذرات با اندازه بزرگ تر، تخلخل بستر را افزایش داده و باعث کاهش افت فشار می شوند از سوی دیگر ضریب درگ را افزایش می دهند. نتایج شبیه سازی در این تحقیق سازگاری خوبی با روابط تجربی داشتند.