11226

11226

مدل¬سازي و شبيه¬سازي هيدروديناميك سانتريفيوژ گازي

كارشناسي ارشد

شيمي - تجزيه

بهمن ماه 1391

بهمن ماه 1391

دكتر شاهرخ شاه حسيني

دكتر احد قائمي

چكيده روش سانتريفيوژ گازي به طور وسيعي در توليد سوخت هسته¬اي، راديو داروها و صنايع نفت و گاز و اخيراً در حذف آلاينده¬هاي گازي مانند CO2 و H2S از جريان گاز طبيعي استفاده مي¬شود. نتايج تحقيقات گذشته به علت وجود فرضيات زياد در ساده¬سازي هندسه¬ي دستگاه و تقريب¬هاي مختلف در حل معادلات حاكم با خطاهاي گوناگون همراه بوده است. پس در اين تحقيق بررسي هيدروديناميكي كامل فرآيند سانتريفيوژ گازي با استفاده از روش ديناميك سيالات محاسباتي (CFD) و نرم افزار فلوئنت انجام شد و هندسه¬ي سه بعدي و كامل دستگاه بدون هيچ تقريبي در حل معادلات، مورد مدل¬سازي و شبيه¬سازي قرار گرفت. در اين شبيه¬سازي¬ها براي درك بهتر چرخش ديواره¬ي روتور از ديدگاهِچند قاب مرجع چرخان (MRF) استفاده گرديد. براي شناسايي نحوه¬ي حركت سيال درون سانتريفيوژ پروفايل¬هاي فشار و سرعت براي جريان CH4 مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد كه سرعت و فشار به صورت شعاعي از ديواره¬ي خارجي چرخان تا ديواره¬ي داخلي ساكن كاهش مي¬يابد و به علت حضور بفل¬ها سرعت محوري كاهش يافته و همچنين حركت چرخشي سيال در زمان رسيدن به اسكوپ منحرف شده يك منطقه¬ي برخاستگي¬ (wake) در پشت اسكوپ بوجود مي¬آيد. تغييرات سرعت چرخش ديواره بر دبي¬هاي جرمي ورودي و خروجي بررسي شد و مشاهده شد افزايش سرعت چرخش ميزان دبي جرمي را در هر سه مقطع ورودي و خروجي افزايش مي¬دهد ولي نسبت دبي جرمي خروجي از اسكوپ بالا به دبي ورودي در مقدار حدوداً 64% ثابت باقي مي¬ماند. اثر حضور بفل پاييني بر دبي¬هاي جرمي مورد بررسي قرار گرفت و مشاهده شد در حالت بفل سوراخ¬دار، بفل بدون سوراخ و بدون حضور بفل به ترتيب 64%، 70% و 80% از جرم ورودي از اسكوپ بالا خارج مي¬شود. به منظور بررسي تغيير جنس خوراك ورودي (تغيير جرم مولكولي) شبيه¬سازي¬هايي با خوراك CO2 انجام شد و مشاهده شد ميزان افت فشار در مقايسه با شرايط مشابه براي CH4بسيار بيشتر است و جرم خروجي از اسكوپ بالا حدوداً 10% كمتر از حالت CH4 است كه مطابق تحقيقات محققان ديگر است.براي بررسي اثر دما، تغييرات دما در طول ديواره خطي فرض شد. هدف از اين كار افزايش راندمان بوسيله¬ي تغيير جرم خروجي است، مشاهده شد در حالتي كه ديواره عايق نباشد، نسبت جرم خروجي از بالا به ورودي 70% و در حالت عايق 64% است كه موافق با افزايش راندمان است. واژه‌هاي كليدي:سانتريفيوژ گازي، ديناميك سيالات محاسباتي، شبيه¬سازي هيدروديناميكي فهرست مطالب