21026

۲۱۰۲۶

مطالعه تجربي و مدلسازي روش هاي بهبود جداسازي ذرات بسيار ريز در تغليظ كننده غبار با كانال زيگزاگي

كارشناسي ارشد

طراحي شبيه سازي و كنترل فرآيندها

۱۳۹۵

۱۳۹۸/۰۳/۰۸

دكتر سلمان موحدي راد - دكتر منصور شيرواني

مهندسي شيمي، نفت و گاز

استفاده از دستگاه هاي تغليظ كننده غبار در كنار دستگاه هاي جمع آوري كننده غبار مي توانند موجب بهبود راندمان كلي در فرآيندهاي حذف ذرات ريز شوند. در اين پژوهش، طرح جديدي از كانال غبارگير زيگزاگي مورد مطالعه آزمايشگاهي و شبيه سازي ديناميك سيالات محاسباتي قرار گرفته است. ابتدا به منظور يافتن هندسه مناسب، چهار هندسه متفاوت از تغليظ كننده غبار با كانال زيگزاگي، از نظر بازدهي و افت فشار، مورد مطالعه و مقايسه قرار گرفته است. در اين مرحله، طراحي آزمايش ها بر اساس روش تاگوچي انجام شده و براي هر هندسه هشت تست آزمايشگاهي انجام شده است. پس از يافتن هندسه مناسب تر، با ميانگين بازدهي 97 درصد، شبيه سازي CFD در حالت دوبعدي با استفاده از مدل چند فازي اولرين براي جريان دو فازي هوا-ذره توسط نرم افزار فلوئنت صورت گرفته است. براي شبيه سازي اغتشاشات از مدل اغتشاشي standard-kω استفاده شد. براي حل هم زمان معادلات سرعت و فشار از الگوريتم SIMPLE و براي گسسته سازي ترم هاي جابجايي معادله مومنتوم از روش QUICK استفاده شده است. جهت اعتبارسنجي، نتايج شبيه سازي با نتايج آزمايشگاهي مورد مقايسه قرار گرفته است و بازده جداسازي با خطايي برابر 46/6 درصد به دست آمده است. پس از اطمينان از نتايج شبيه سازي، طراحي آزمايش براي بررسي اثر شش متغير مستقل، شامل؛ اندازه ذرات، دانسيته ذرات، دبي ورودي هوا، اندازه دهانه ورودي كانال، نسبت مكش و كسر حجمي ذرات ورودي بر راندمان و افت فشار بر مبناي طرح باكس-بنكن انجام گرفته است و تمامي 54 آزمايش پيشنهاد شده، شبيه سازي شده است. پس از تحليل و تفسير نتايج به دست آمده مدل هاي رياضياتي براي راندمان و افت فشار ارائه شده است و شاخص هاي مربوط به مدل نشان مي دهد كه مدل ها از دقت و اعتبار بالايي برخوردارند. نتايج نشان مي دهد كه، افزايش قطر ذرات از 8 به 20 ميكرومتر، موجب افزايش 20 درصدي در راندمان جداسازي مي شود اما افت فشار تقريبا ثابت مي ماند. با افزايش دانسيته ذرات از 1000 به 3000 كيلوگرم بر مترمكعب، راندمان جداسازي 12 درصد افزايش نشان مي دهد اما افت فشار تغيير محسوسي نمي كند. در اثر افزايش دبي ورودي از 100 به 150 مترمكعب بر ساعت، راندمان جداسازي 6 درصد افزايش مي يابد، همچنين افت فشار نيز 273 درصد افزايش مي يابد. با افزايش اندازه دهانه ورودي از 30 به 90 ميليمتر، ابتدا راندمان افزايش مي يابد و سپس كاهش مي يابد. افت فشار نيز در اثر اين تغيير 87 درصد كاهش پيدا مي كند. با تغيير نسبت مكش از 5/0به 1، راندمان به اندازه 9 درصد افزايش پيدا مي كند اما افت فشار تقريبا ثابت مي ماند. همچنين با افزايش كسر حجمي ذرات ورودي از 6-10 تا 5-10، راندمان 9 درصد افزايش خواهد داشت، در حالي كه، افت فشار ثابت مي ماند. بازده بسيار بالاي دستگاه تغليظ كننده غبار زيگزاگي در كنار افت فشار بسيار كم آن، نشان از اهميت اين دستگاه از ديدگاه صنعتي دارد.

1398/06/24

Experimental Study and Modeling of Separation Improvement Methods for Very Fine Particles in Dust Concentrator with Zigzag Channel

5/29/2019 12:00:00 AM

The use of dust concentrator devices coupled with a dust collector devices can improve overall efficiency in fine particles removal processes. In this study, a new design of the zigzag dust concentrator channel was studied in experimentally and Computational Fluid Dynamics simulation. First, in order to find the appropriate geometry, four different geometries of the zigzag dust concentrator channel were studied and compared in terms of efficiency and pressure drop. At this stage, the design of the experiment was based on the Taguchi method and for each geometry a total of eight experiments were performed. After finding the most suitable geometry, with a mean efficiency of 97% , a CFD simulation for this geometry in two-dimensional mode was performed by the FLUENT software using the Eulerian multiphase model for the two-phase gas-solid system. To simulate turbulence, the standard-kω turbulence model was applied. The SIMPLE algorithm for multiphase flow was applied to consider the pressure-velocity coupling. QUICK method has been used for discretizing of convective momentum terms. For the validation, simulation results are compared with experimental results and represent an error of 6.46%. After ensuring simulation results, Design of experiments was carried out to investigate the effect of six independent variables, including particle size, particle density, air inlet flow rate, channel inlet opening, suction ratio and volume fraction of input particles on efficiency and pressure drop based on the Box-Behnken design and all of the 54 proposed experiments were simulated. After analyzing and interpreting the results, mathematical models are presented for efficiency and pressure drop, and the model related indexes show that the models have high accuracy and credibility. The results show that increasing the particle diameter from 8 to 20 microns, led to 20% increment of efficiency, but the pressure drop remains constant. By increasing the particle density from 1000 to 3000 kg / m3, the efficiency increases by 12%, but the pressure drop does not change significantly. As a result of an increase in inlet flow from 100 to 150 m3/h, efficiency is increased by 6 percent, as well as a 273 percent increase in pressure drop. By increasing the size of the inlet opening from 30 to 90 mm, efficiency first increases and then decreases. The pressure drop is also reduced by 87% as a result of this change. By changing the suction ratio from 0.5 to 1, the efficiency increases by 9%, but the pressure drop remains constant. Also, by increasing the volume fraction of input particles from 10-6 to 10-5, the efficiency will increase by 9%, while the efficiency remains constant. The high efficiency of the zigzag dust concentrator, along with its very low pressure drop, indicates the importance of this device from an industrial approach.