25360

شبيه‌سازي CFD فرآيند ميعان تماس مستقيم در يك نمونه تماس دهنده گاز و مايع

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1397

1400/6/30

دكتر سلمان موحدي راد

دانشكده مهندسي شيمي،نفت وگاز

ميعان تماس مستقيم بخار در مايع مادون سرد پديده‌اي است كه در بسياري از زمينه‌هاي مختلف نظير صنايع هسته‌اي و شيميايي كاربرد دارد. علت اهميت ميعان تماس مستقيم اين است كه انتقال انرژي بسيار زيادي را از طريق فصل مشترك دو فاز ممكن مي‌سازد. در اين تحقيق، به منظور بررسي انتقال جرم و انتقال حرارت در فرآيند ميعان تماس مستقيم يك شبيه‌سازي عددي دوبعدي صورت گرفت، به اين صورت كه مايع مادون سرد از طريق يك نازل چرخشي فشاري به داخل بخار اشباع اسپري مي‌شود. هدف اصلي اين تحقيق بررسي اثر ميعان بر ويژگي¬هاي ورق سيال خروجي از يك نازل چرخشي فشاري مي‌باشد. اين شبيه‌سازي با استفاده از نرم‌افزار تجاري فلوئنت 19.1 انجام شد. به منظور رديابي فصل مشترك بين بخار و مايع از ديدگاه چند فازي VOF استفاده گرديد. هم‌چنين به منظور مدل¬سازي انتقال جرم و انتقال حرارت در فصل مشترك دو فاز از مدل لي استفاده شد. مدل لي به صورت يك مدل ميعان-تبخير در نرم افزار تجاري فلوئنت تعريف شده است. ويژگي‌ها و برخي از مشخصات ورق همراه با پديده‌ي ميعان و بدون پديده‌ي ميعان با يكديگر مقايسه شد، از جمله¬ي اين مشخصات مي¬توان به زاويه ورق، طول شكست ورق و ضخامت ورق اشاره كرد. طول نقطه¬ي شكست ورق همراه با پديده‌ي ميعان و بدون پديده‌ي ميعان به ترتيب برابر با 33.1 و 30.51 ميلي‌متر بود. حداكثر تفاوت ضخامت ورق همراه با ميعان و بدون ميعان 0.06 ميلي‌متر بود، بنابراين ميعان تأثير زيادي بر طول شكست ورق و تأثير كمي بر ضخامت ورق دارد. ضريب انتقال حرارت در ناحيه¬ي ورق بسيار بيشتر از ناحيه¬ي قطره مي¬باشدكه اين مسئله نشان-دهنده¬ي ميزان انتقال حرارت بالا در ناحيه¬ي ورق در مقايسه با ناحيه¬ي قطره است. به منظور پيش¬بيني طول نقطه¬ي شكست در حالت وجود پديده¬ي ميعان يك رابطه¬ي تحليلي بر اساس دبي جرمي ورودي و طول شكست در حالت بدون پديده¬ي ميعان ارائه شده است تا بتوان طول شكست همراه با ميعان در دبي جرمي¬هاي مختلف را پيش¬بيني نمود. اين رابطه مي¬تواند با دقت مناسبي طول شكست در حالت همراه با ميعان را پيش¬بيني نمايد. به عنوان مثال در دبي جرمي 0.06 كيلوگرم برثانيه، مقدار پيش¬بيني شده طول نقطه شكست نسبت به مقدار حل عددي 1.25 درصد خطا را نشان داد.

1400/07/21

CFD Simulation of Direct Contact Condensation Process in a Gas-Liquid Contact Sample

9/21/2022 12:00:00 AM

Direct contact condensation (DCC) of steam in subcooled water is a phenomenon applied in many different fields, such as nuclear and chemical industries. Since it enables immense energy transfer via the two-phase interface. In the present study, numerical simulation was carried out to investigate the direct contact condensation heat transfer and mass transfer of saturated steam to subcooled liquid spray, where the subcooled liquid was sprayed into the saturated steam through a pressure-swirl nozzle. The main objective of our analysis is to investigate the effect of condensation on the properties of a hollow cone sheet of a pressure-swirl nozzle through CFD analysis. Using Fluent 19.1 software, the VOF multiphase approach was used to simulate the phenomenon in the interface. In this thesis, to investigate the mass transfer in the interface of two phases, the Lee model, which is defined as the condensation-evaporation model in Fluent software was used. The properties and some characteristics of the spray with and without condensation, including the angle of the cone spray, the breakup length of the sheet, and the thickness of the sheet, were compared and analyzed. It was found that the breakup length of the sheet with and without condensation was 33.1 and 30.51 mm, respectively, and the maximum difference between the thickness of the sheet with and without condensation was 0.06 mm. Therefore, condensation has a large effect on the breakup length of the sheet but has little effect on the thickness of the sheet. The heat transfer coefficient in the sheet area is much higher than the droplet area, which indicates the dominant role of the sheet area in the heat transfer process. To predict the breakup length of the sheet in the presence of condensation phenomenon, an analytical relationship based on the input mass flow rate and the breakup length of the sheet without condensation phenomenon state is presented so that the breakup length of the sheet with condensation in different mass flow rates can be predicted. This relationship can accurately predict the breakup length of the sheet in condensation mode. For example, at a mass flow rate of 0.06 kg / s, the predicted value of the breakup length of the sheet ratio to the numerical solution value showed a 1.25% relative error.

ديناميك سيلات محاسباتي , انتقال حرارت , ميعان تماس مستقيم

CFD , Heat transfer , Direct contact condensation