10843

10843

بررسي آزمايشگاهي و شبيه سازي CFD تأثير ديواره بر انتقال حرارت بسترهاي پرشده از ذرات غير كروي

كارشناسي ارشد

شيمي

مهرماه 1391

مهرماه 1391

دكتر سيد حسن هاشم آبادي

در اين مطالعه به بررسي آزمايشگاهي و شبيه¬سازي CFD انتقال حرارت ذرات چند پر به صورت تك ذره و بستري از ذرات پرداخته شده است. براي آزمايش از ذرات از جنس نفتالين استفاده شد و با تصعيد نفتالين در جريان هوا ميزان انتقال جرم محاسبه شد و با استفاده از آنالوژي جرم و حرارت چيلتون-كلبرن عدد ناسلت بدست آمد. در ابتدا به بررسي انتقال حرارت تك ذره چندپر (سه پر، چهار پر و پنج پر) تحت تأثير ديواره در دو جريان متقاطع و محوري پرداخته شد. براي شبيه¬سازي از نرم¬افزار فملب ويرايش 3/2 استفاده شد و نتايج با استفاده از داده¬هاي آزمايشگاهي اعتبارسنجي شد. بدين منظور، ذرات با نفتالين پوشش داده شد و با تصعيد آن عدد شروود محاسبه گرديد. با استفاده از آنالوژي جرم و حرارت چيلتون-كلبرن عدد ناسلت براي هر ذره بدست آمد. نتايج نشان داد ميزان انتقال حرارت در حالت متقاطع نسبت به محوري بيشتر مي¬باشد و شبيه¬سازي CFD مي¬تواند با يك ميانگين خطاي قابل قبولي داده¬هاي آزمايشگاهي را پيش¬بيني كند. سپس به بررسي اندازه ذره (N متفاوت)، براي ذرات 3پر و 4پر در جريان محوري پرداخته شد و همچنين تأثير زاويه چرخش روي انتقال حرارت و ضريب درگ ذره 3پر در جريان متقاطع مورد بررسي قرار گرفت. در ادامه مقايسه¬اي بين انتقال حرارت كاتاليست پنج¬پر حاصل از اين مطالعه و رابطه موجود صورت گرفت كه نشان داد اين رابطه براي ذرات چندپر قابل استفاده نمي¬باشد كه با افزودن ترم سطح به حجم اين معادله براي ذرات چندپر اصلاح شد. سپس با مقايسه اين معادله با داده¬هاي حاصل از آزمايش مشاهده شد كه اين معادله با دقت مطلوبي قادر به پيش¬بيني ناسلت كاتاليست¬هاي چندپر مطالعه شده مي¬باشد. همچنين تأثير افزايش نسبت قطر بستر به قطر ذره (N) بررسي شد و به اين نتيجه رسيديم كه براي ، تأثير ديواره قابل صرف¬نظر مي¬باشد. در نهايت به بررسي نيروي درگ روي ذرات در جريان محوري پرداخته شد. همچنين انتقال حرارت بستر پرشده از ذرات در دو چيدمان حدي به صورت آزمايشگاهي و شبيه¬سازي بررسي شد. عدد ناسلت با استفاده از كار آزمايشگاهي و شبيه¬سازي محاسبه شد. نتايج نشان داد كه در ابتداي بستر بيشترين ناسلت مشاهده شده و رفته رفته ناسلت كاهش مي¬يابد. شيب تغييرات ناسلت رفته رفته كاهش پيدا كرده و در رديف آخر دوباره افزايش در عدد ناسلت مشاهده شد. همچنين مشاهده شد كه به طور متوسط عدد ناسلت چيدمان2 بيشتر از چيدمان1 مي¬باشد. در نهايت ناسلت ميانگين بستر با روابط موجود بررسي شد و نتايج نشان داد كه ادعاي يانگ و همكاران [1] مبني بر اينكه معادله واكاو و همكاران [2] مقدار ناسلت را بيشتر از حد پيش¬بيني مي¬كند مورد تاييد مي¬باشد. واژه‌هاي كليدي: ديناميك سيالات محاسباتي (CFD)، فملب، ذرات كاتاليستي چندپر، آنالوژي جرم و حرارت، آزمايشگاهي.