12668

12668

طراحي مفهومي جداساز سيكلوني جريان محوري با دو حلزون و سطح مقطع دايروي

كارشناسي ارشد

مكانيك -تبديل انرژي، سيستم‌هاي انرژي

اسفند 1392

اسفند 1392

دكتر محمّد اخلاقي

چكيده از آنجا كه حضور ذرات جامد در جريان مايع، مشكلات عديده‌اي براي صنايع مختلف از جمله صنعت نفت و گاز به وجود مي‌آورد، از اينرو مطالعه، بررسي و تحقيق پيرامون جداسازهاي جامد و مايع امري ضروري است. جداساز سيكلوني جريان محوري با محفظه پيچدار كه در اين پژوهش به اختصار (I-Sep) ناميده مي‌شود، يكي از نوآوري‌هاي جديد جهت جداسازي جريان دو فاز جامد- مايع است. در مطالعه حاضر موضوع جداسازي جريان دو فازي جامد و مايع مورد توجه قرار گرفته است. از آنجاييكه سازوكار اين سيستم بر پايه نيروي گريز از مركز مي‌باشد، از يك محفظه پيچدار ورودي جهت به چرخش در آوردن جريان مخلوط و توليد نيروي گريز از مركز بهره برده مي‌شود. در اين پروژه با استفاده از مقايسه نتايج آزمايشگاهي و شبيه‌سازي مبتني بر كاربرد اصول ديناميك سيالات محاسباتي، رفتار هيدروديناميكي جريان مخلوط عبوري و در نتيجه ارزيابي راندمان جداسازي در جريان دو فازي جامد- مايع در جداساز سيكلوني جريان محوري مورد تجزيه و تحليل قرار گرفته است. سامانه آزمايشگاهي مناسبي توسط دانشگاه كرانفيلد انگلستان و با همكاري مؤثر شركت كالتك (Caltec) طراحي و ساخته شده است. آزمايشات تجربي توسط استاد راهنماي پروژه حاضر انجام شده است. در راستاي انجام آزمايشات عملي از دو فاز ماسه و آب به عنوان مخلوط ورودي جداساز بهره‌گيري شده است. شبيه‌سازي عددي جداساز سيكلوني جريان محوري با بكارگيري مدل چند فازي مخلوط براي سيستم ماسه و آب توسط نرم‌افزار فلوئنت انجام پذيرفته است. به منظور شبيه‌سازي اغتشاشات، از مدل اغتشاش تنش رينولدز (RSM) به عنوان يك مدل بهينه از نظر دقت و سرعت استفاده شده است. لازم به ذكر است كه جهت انتخاب مدل مناسب اغتشاش، مدل‌هاي مختلف همچون RSM ,k-Ɛ Realizable, k-Ɛ RNG نيز بررسي شده‌اند و ميزان دقت آنها در پيش‌بيني مقدار راندمان جداساز سيكلوني مورد ارزيابي قرار گرفته است. براي گسسته‌سازي ترم‌هاي جابه‌جايي معادله اندازه حركت، از روش (QUICK) همچنين به منظور حل همزمان معادلات فشار و سرعت درون جداساز از الگوريتم (SIMPLE) استفاده شده است. از داده‌هاي آزمايشگاهي در راستاي اعتبارسنجي نتايج شبيه‌سازي، بهره‌گيري قابل ملاحظه‌اي به عمل آمده است كه خطايي در حدود (%74/8) را نشان مي‌دهند. در بررسي تأثير شرايط عملياتي، اثرات چهار عامل گذر جرمي ورودي، كسر حجمي ماسه ورودي، نسبت تقسيم جريان و قطر ذرات ماسه مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. نتايج نشان مي‌دهد با افزايش (%18/54) در گذر جرمي ورودي، راندمان جداسازي به ميزان (%04/25) افزايش مي‌يابد. همچنين نتايج حاصله مبين آن است كه راندمان جداسازي به ميزان قابل ملاحظه‌اي به مقدار كسر حجمي فاز دوم در ناحيه ورودي بستگي ندارد، عدم وابستگي مذكور به گونه‌اي مي‌باشد كه با دو برابر شدن كسر حجمي، راندمان جداسازي تغييري نمي‌كند. نتايج حاصل از انجام شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه با پنج برابر شدن قطر ذرات از (µm)30 به (µm)150، افزايش (%74/59) در راندمان جداسازي مشاهده مي‌شود. تأثير پارامتر هندسي همچون تغيير سطح مقطع ورودي از مستطيل به دايروي در بخش ورودي و خروجي مماسي (خروجي فاز سنگين) جداساز سيكلوني جريان محوري I-Sep، شبيه‌سازي شده است. نتايج نشان مي‌دهد كه راندمان جداساز با سطح مقطع دايروي به ميزان (%35/3) افزايش پيدا كرده است. واژه‌هاي كليدي: جداساز سيكلوني جريان محوري I-Sep، راندمان جداسازي، جريان جامد- مايع، شبيه‌سازي.